Efrain Chura Acero, Diseño de una Maquina Cizalladora Hidraulica para chapas de acero

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ii

DISEÑO DE UNA MÁQUINA CIZALLADORA HIDRÁULICA

PARA CHAPAS DE ACERO

Por:

Efraín Rodolfo Chura Acero

Revisado y Presentado Ante el Tribunal de Grado Académico

APROBADO:

__________________________

M.Sc. Ing. Edgar Tapia Terrazas

Asesor

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRÉS

FACULTAD DE INGENIERÍA

CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELECTROMECÁNICA

iii

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRÉS

FACULTAD DE INGENIERÍA

CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELECTROMECÁNICA

Los miembros de este comité de proyecto de grado recomiendan que el presente proyecto realizado por Efraín Rodolfo Chura Acero sea aceptado como opción para obtener el grado de Licenciatura en Ingeniería Mecánica.

DISEÑO DE UNA MÁQUINA CIZALLADORA HIDRÁULICA

PARA CHAPAS DE ACERO

__________________________

M.Sc. Ing. Edgar Tapia Terrazas

Asesor

______________________________ ______________________________

M.Sc. Ing. Sergio Aguilar Gutiérrez Ing. Lucio Mamani Choque Tribunal Tribunal

_________________________________

M.Sc. Ing. Ricardo Teófilo Paz Zeballos Tribunal

iv

AGRADECIMIENTOS

Deseo expresar mi agradecimiento a Dios por toda la felicidad que me

permitió vivir a lo largo de esta hermosa existencia.

Dar gracias a mis Padres por todo el apoyo y comprensión que me brindaron

para poder estar aquí presente, por sobre todo el amor incondicional que siempre

recibo de su parte, a mis hermanos que están a mi lado aprendiendo con migo.

A la Universidad Mayor de San Andrés, Facultad de Ingeniería, Carrera de

Ingeniería Mecánica y Electromecánica por brindarme toda la enseñanza y

preparación para enfrentar los retos de la vida profesional.

Al Asesor de Tesis M.Sc. Ing. Edgar Tapia Terrazas por su amistad también

por haber aceptado el asesorar este proyecto con toda la paciencia hacia mi

persona con la observación, modificación y corrección. Sobre todo por haberme

transmitido su sabiduría.

Al Tribunal: Ing. Sergio Aguilar Gutiérrez, Ing. Ricardo Teófilo Paz Zeballos,

Ing. Lucio Mamani Choque. Por su generosidad al tener la oportunidad de recurrir

a su capacidad, experiencia técnica científica, su confianza afecto y amistad,

fundamentales para la culminación de esta tesis.

A todos mis compañeros y amigos que fueron un gran apoyo para la

complementación de este proyecto.

v

DEDICATORIA

Quiero dedicar este proyecto

A mis padres Froilán y Magdalena.

A mis hermanos Adrián y Alejandra.

vi

RESUMEN

El presente proyecto titulado “DISEÑO DE UNA MÁQUINA CIZALLADORA

HIDRÁULICA PARA CHAPAS DE ACERO” que comprende el diseño en Ingeniería

Mecánica y Electromecánica en una gran mayoría, principalmente en el área de

Diseño, ha sido desarrollado para el cumplir satisfactoriamente con los requisitos

académicos necesarios de un proyecto de grado.

El estudio de las técnicas de corte de chapa de acero de diferentes

espesores y distintos materiales es que trataremos, con lo cual se posteriormente

después de procesos de manufactura se obtienen diferentes tamaños y formas.

El objetivo principal de este proyecto es el dar fundamentos justificados para

diseñar una máquina cizalladora para cortar diferentes materiales, además hacer

notar la necesidad de contar con máquinas cizalladoras en las diferentes áreas a

dónde corresponda tal fin.

Dentro del capítulo, ingeniería del proyecto se desarrollan la determinación

de cálculos necesarios de los elementos de máquinas que intervienen en el

proyecto en función de los parámetros de diseños que se establecen para el corte

de chapa de acero, previamente determinando la potencia necesaria para cortar un

determinado espesor.

En el capítulo de ingeniería de manufactura se calcula cada uno de los

elementos de la máquina y se calculan los tiempos de ejecución de cada proceso

de manufactura empleada, además de determinar el tiempo de montaje para cada

uno de los sistemas en los elementos de máquina.

Los tiempos obtenidos nos ayudaran a determinar los costos de fabricación,

montaje además de evaluar los costos de materiales, costos de mano de obra,

costos de uso de máquinas herramientas, insumos, impuestos y así poder

determinar el precio de venta así como también los costos de operación y

mantenimiento.

Al final del proyecto se da algunas recomendaciones técnicas y

económicas. Para la operación de la máquina y se concluye que la máquina del

proyecto satisface los objetivos de diseño y una confiabilidad para desempeño.

vii

ABSTRACT

This project entitled "DESIGN OF A HYDRAULIC SHEARING MACHINE

STEEL PLATE" shaped areas of Mechanical Engineering and Electromechanics in

a large majority, developed mainly in the area of design, has been developed to

successfully meet the academic requirements of a draft grade.

Is directed to the study of the techniques of sheet steel cut different

thicknesses and different materials, which will subsequently get different ways.

The main objective of this project is to give fundamentals justified to design a

shearing machine to cut different materials, and noting the need for shearing

machines in different areas where appropriate purpose.

Within the developed project engineering calculations necessary to determine

the elements of machines involved in the project in terms of design parameters that

are set for cutting sheet steel, previously determining the power being required to

cut a particular sheet steel.

Then determined manufacturing processes each of the elements of the

machine are calculated and execution times of each manufacturing process used, in

addition to determining the time of assembly for each of the systems in machine,

elements.

The times will help us determine the costs of manufacturing, assembly in

addition to assessing the costs of materials, in order to determine the selling price

as well as operation and maintenance costs.

At the end of the project gives some recommendations for the operation of the

machine and the machine is concluded that the project meets the exceptive design

for performance and reliability.

viii

ÍNDICE DE CONTENIDO PÁGINA

CAPÍTULO I ............................................................................................................ 16

1 ASPECTOS GENERALES .................................................................................... 16

1.1 ANTECEDENTES ................................................................................................. 16 1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ......................................................................... 17 1.3 OBJETIVOS ....................................................................................................... 17 1.3.1 Objetivo General ...................................................................................... 17 1.3.2 Objetivos Específicos ................................................................................ 17

1.4 JUSTIFICACIÓN .................................................................................................. 17 1.5 LÍMITES Y ALCANCES ......................................................................................... 18 1.5.1 Límites ...................................................................................................... 19 1.5.2 Alcances ................................................................................................... 19

1.6 MARCO REFERENCIAL ........................................................................................ 21 1.6.1 Introducción ............................................................................................. 21

1.7 DEFINICIÓN DE CIZALLADO .................................................................................. 22 1.8 PROPIEDADES DEL ACERO .................................................................................... 22 1.9 DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS PARA LA FUERZA DE CORTE ................................... 23 1.9.1 Módulo de Cizalla ..................................................................................... 24 1.9.2 Operación de Corte .................................................................................. 26 1.9.3 Análisis de Ingeniería del Corte de Láminas Metálicas ............................. 28 1.9.4 Claro ......................................................................................................... 28 1.9.5 Esfuerzos combinados .............................................................................. 30

1.10 ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN ............................................................................... 31 1.10.1 Cizallas Mecánicas ................................................................................ 31 1.10.2 Cizalla de Potencia hidráulica de Chapas .............................................. 32

1.11 ELECCIÓN DE ALTERNATIVA DE SOLUCIÓN .............................................................. 34 Cizalla Mecánica ................................................................................................ 34 Cizalla Hidráulica ................................................................................................ 34

CAPÍTULO II ........................................................................................................... 35

2 INGENIERÍA DEL PROYECTO ............................................................................ 35

2.1 PARÁMETROS DE DISEÑO ................................................................................... 35 2.2 SISTEMAS Y SUBSISTEMAS ................................................................................... 36 2.2.1 Sistemas ................................................................................................... 36 2.2.2 Subsistemas ............................................................................................. 36

2.3 DIAGRAMAS DE DESPLAZAMIENTO, VELOCIDAD Y ACELERACIÓN. ............................... 38

ix

2.4 SISTEMA DE CORTE ............................................................................................ 40 2.4.1 Diseño de Trancha .................................................................................... 40 2.4.1.1 Análisis Estático de Sistemas de la Trancha ....................................... 41 2.4.1.2 Esquematizacion del Momento de Impacto ...................................... 42 2.4.1.3 Análisis Cinemático de la Trancha ..................................................... 43 2.4.1.4 Determinación de las Ecuaciones de Velocidad ................................ 45 2.4.1.5 Análisis Dinámico de Corte ................................................................ 46 2.4.1.6 Momento de Inercia de la trancha y mesa ........................................ 48 2.4.1.7 Análisis Dinámico del Sistema de Trancha y montante vertical ........ 50 2.4.1.8 Cálculo de las dimensiones de la Trancha ......................................... 51 2.4.1.9 Cálculo del número de Pernos de Sujeción ....................................... 52

2.4.2 Montante vertical .................................................................................... 54 2.4.2.1 Momento de Inercia de la Trancha y travesaño ................................ 55

2.4.3 Diseño de mesa ........................................................................................ 57 2.4.3.1 Barra de protección ........................................................................... 59 2.4.3.2 Determinar de la Potencia Máxima disponible ................................. 59

2.5 DISEÑO DE ELEMENTOS ...................................................................................... 61 2.5.1 Cálculo y Diseño del Sistema Trancha y sus Elementos ............................ 61 2.5.1.1 Cálculo de los Pernos de Sujeción de la cuchilla en la Trancha ......... 61

2.5.2 Cálculo y Diseño del sistema mesa y sus elementos ................................. 62 2.5.2.1 Cálculo de las dimensiones de la Mesa Inferior de la sección media 63 2.5.2.2 Cálculo del número de Pernos a utilizar para la unión de chapas ..... 63 2.5.2.3 Cálculo de los Pernos de Sujeción a utilizar para la unión de la sección media………… ............................ …………………………………………………………………….65

2.5.3 Cálculo de Diseño del travesaño y sus elementos .................................... 66 2.5.3.1 Cálculo de la unión Travesaño con la Trancha ................................... 66 2.5.3.2 Determinación del Factor de Seguridad del travesaño ..................... 67 2.5.3.3 Cálculo y Diseño del sistema soporte lateral inferior y sus elementos….. .................................................................................................. 73 2.5.3.4 Determinación del Factor de Seguridad en la soldadura ................... 78 2.5.3.5 Cálculo del número de pernos a utilizar para la unión con la masa inferior……. ..................................................................................................... 79 2.5.3.6 Determinación del Espesor del Cuchilla ............................................ 81

2.5.4 Sistema Regulación del desplazamiento .................................................. 82 2.5.4.1 Determinación de la rosca para el tope ............................................ 82 2.5.4.2 Profundidad de corte ........................................................................ 84

2.6 SISTEMA OLEO HIDRÁULICO ................................................................................ 85

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2.6.1 Leyes Físicas aplicadas a la hidráulica ...................................................... 85 2.6.1.1 Ecuación de continuidad ................................................................... 85 2.6.1.2 Ecuación de Bernoulli ........................................................................ 85 2.6.1.3 Numero de Reynolds ......................................................................... 85 2.6.1.4 Ley de Poiseville ................................................................................ 85 2.6.1.5 Ecuación general de pérdidas primarias de Danci ‐ Weibach ............ 86

2.6.2 Fuerza del émbolo .................................................................................... 86 2.6.2.1 Cálculo de fuerza de accionamiento ................................................. 86 2.6.2.2 Área de un pistón .............................................................................. 87 2.6.2.3 Vástago .............................................................................................. 87 2.6.2.4 Rendimiento ...................................................................................... 87 2.6.2.5 Eleccion del cilindro doble efecto ..................................................... 87 2.6.2.6 Forma de sujeción ............................................................................. 88 2.6.2.7 Cálculo de fuerza de retroceso .......................................................... 89

2.6.3 Bomba oleo hidráulica ............................................................................. 89 2.6.3.1 Caudal requerido y velocidad desarrollada ....................................... 89 2.6.3.2 Bomba hidrostática (o de desplazamiento positivo) ......................... 90 2.6.3.3 Caudal teórico ................................................................................... 90 2.6.3.4 Caudal real ........................................................................................ 90 2.6.3.5 Rendimiento volumétrico .................................................................. 90 2.6.3.6 Calculo del caudal avance y retroceso ............................................... 91 2.6.3.7 Potencia hidráulica ............................................................................ 91 2.6.3.8 Potencia mecánica ............................................................................ 91 2.6.3.9 Bomba de engranes externos ............................................................ 92

2.6.4 Depósito y sistema hidráulico .................................................................. 94 2.6.5 Tipos de sellos .......................................................................................... 95 2.6.6 Válvulas .................................................................................................... 95 2.6.7 Mangueras hidráulicas de alta presion .................................................... 97 2.6.7.1 Consejos para una correcta utilización de las mangueras hidráulicas…… ................................................................................................. 97 2.6.7.2 Accesorios, acoples y válvulas ........................................................... 98

2.6.8 Aceite para Sistemas Hidráulicos ........................................................... 100 2.6.8.1 Viscosidad........................................................................................ 100 2.6.8.2 Índice de Viscosidad ........................................................................ 100 2.6.8.3 Estabilidad a la oxidación ................................................................ 100 2.6.8.4 Punto de escurrimiento ................................................................... 101 2.6.8.5 Demulsibilidad ................................................................................. 101

xi

2.6.8.6 Prevención contra la herrumbre ..................................................... 101 2.6.8.7 Resistencia a la formación de espuma ............................................ 102 2.6.8.8 Filtración ......................................................................................... 102 2.6.8.9 Selección del aceite hidraulico ........................................................ 102

2.6.9 Parámetros del circuito hidráulico ......................................................... 103 2.7 SISTEMA DE CONTROL ..................................................................................... 107 2.7.1 Subsistema instalación eléctrica ............................................................ 107 2.7.1.1 Características técnicas del motor eléctrico .................................... 107 2.7.1.2 Caída de tensión .............................................................................. 109 2.7.1.3 Impedancia en los alimentadores y ramales ................................... 110

2.7.2 Elementos de Protección ........................................................................ 111 2.7.2.1 Fusible ............................................................................................. 111 2.7.2.2 Termo magnético (Disyuntores) ...................................................... 112

2.7.3 Subsistema de control ............................................................................ 113 2.7.3.1 Elementos de maniobra y control ................................................... 113

2.7.4 Opciones ................................................................................................ 114 2.7.5 Conexión ................................................................................................ 115 2.7.6 Descripción de las salidas ....................................................................... 115 2.7.7 Maniobra eléctrica ................................................................................. 116 2.7.8 Diagrama de movimientos de Cizalla ..................................................... 117 2.7.9 Especificación de elementos eléctricos ................................................... 118

2.8 ESPECIFICACIONES GENERALES DE LA CIZALLADORA ................................................ 119

CAPÍTULO III ........................................................................................................ 134

3 INGENIERÍA DE MANUFACTURA .................................................................. 134

3.1 FABRICACIÓN ................................................................................................. 134 3.1.1 Tiempos de Fabricación .......................................................................... 135 3.1.1.1 Tiempo Total de Fabricación ........................................................... 135 3.1.1.2 Tiempo Principal de Soldadura ........................................................ 136 3.1.1.3 Tiempo Principal de Torneado ........................................................ 136 3.1.1.4 Tiempo Principal de Fresado ........................................................... 137 3.1.1.5 Tiempo Principal de Refrentádo en el Torno ................................... 138 3.1.1.6 Tiempo Principal de Corte por Oxiacetileno .................................... 138 3.1.1.7 Tiempo Principal de Taladrado ........................................................ 138 3.1.1.8 Tiempo Principal de Amolado ......................................................... 139

3.1.2 Sistemas de Seguridad ........................................................................... 139 3.1.3 Medidas de Seguridad y Protección de Máquinas y Herramientas ........ 140

xii

3.1.4 Medidas de Seguridad y Protección de los Operarios ............................ 140 3.1.5 Extintor de Incendios .............................................................................. 141 3.1.6 Modos de trabajo ................................................................................... 142 3.1.6.1 Corte simple .................................................................................... 142 3.1.6.2 Corte cíclico A .................................................................................. 142 3.1.6.3 Corte cíclico B .................................................................................. 142

3.1.7 Mantenimiento ...................................................................................... 143 3.1.7.1 Indicador del nivel y temperatura del aceite ................................... 143 3.1.7.2 Aceite del circuito Hidráulico .......................................................... 144 3.1.7.3 Presión del aceite ............................................................................ 144 3.1.7.4 Final de carrera del tope ................................................................. 144 3.1.7.5 Puntos de engrase ........................................................................... 144

3.1.8 Contraindicaciones ................................................................................. 145 3.1.9 Planilla de montaje, Subsistemas y Sistemas ......................................... 145

4 CAPÍTULO IV ................................................................................................. 150

4.1 COSTOS DE FABRICACIÓN .................................................................................. 150 4.1.1 Costo de materiales ............................................................................... 150 4.1.2 Costo de insumos ................................................................................... 152 4.1.3 Costo de mano de obra .......................................................................... 152 4.1.4 Costo de uso máquinas‐herramientas .................................................... 153

4.2 OTROS COSTOS ............................................................................................... 154 4.2.1 Costos de montaje .................................................................................. 154 4.2.2 Costos adicionales .................................................................................. 155

5 CAPÍTULO V .................................................................................................. 157

5.1 EVALUACIÓN TÉCNICA ...................................................................................... 157 5.2 EVALUACIÓN ECONÓMICA ................................................................................. 159 5.3 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................. 160 5.3.1 Conclusiones .......................................................................................... 160 5.3.2 Recomendaciones .................................................................................. 162 5.3.3 Recomendaciones para el corte ............................................................. 162 5.3.3.1 Corte por la izquierda ...................................................................... 162 5.3.3.2 Escuadrado de la chapa ................................................................... 162 5.3.3.3 Prensa chapas .................................................................................. 163

5.3.4 Trabajos futuros ..................................................................................... 163 5.4 BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................. 164

xiii

ÍNDICE DE FIGURAS PÁGINA

FIGURA 1.1 DEMANDA VS OFERTA DE MAQUINARIA METAL MECÁNICA ...................................................... 18 FIGURA 1.2 CUELLO DE CISNE ......................................................................................................................... 19 FIGURA 1.3 TOPE TRASERO ............................................................................................................................. 19 FIGURA 1.4 REJA DE PROTECCIÓN ................................................................................................................... 20 FIGURA 1.5 BRAZO DE APOYO ......................................................................................................................... 20 FIGURA 1.6 TAJADERA Y CORTA FILOS ............................................................................................................ 21 FIGURA 1.7 CIZALLA MANUAL ......................................................................................................................... 22 FIGURA 1.8 CURVA CARACTERÍSTICA ESFUERZA‐ DEFORMACIÓN ................................................................... 23 FIGURA 1.9 ESQUEMA PARA LA MEDICIÓN DEL ESFUERZO CORTANTE ........................................................... 24 FIGURA 1.10 CIZALLADO O CORTE DE UNA LÁMINA METÁLICA ENTRE DOS BORDES CORTANTES .................. 26 FIGURA 1.11 BORDES CIZALLADOS CARACTERÍSTICOS DEL MATERIAL DE TRABAJO ........................................ 27 FIGURA 1.12 OPERACIÓN DE CIZALLADO: (A) VISTA LATERAL DE LA OPERACIÓN. (B) VISTA FRONTAL DE

OPERACIÓN DE CIZALLAD EQUIPADA CON UNA CUCHILLA SUPERIOR SESGADA, EL SÍMBOLO V INDICA LA VELOCIDAD DE CORTE ............................................................................................................................ 27

FIGURA 1.13 EL EFECTO DEL CLARO:(A) ES UN CLARO DEMASIADO PEQUEÑO OCASIONA UNA FRACTURA POCO MENOS QUE OPTIMA Y FUERZAS EXCESIVAS. (B) UN CLARO NORMAR OCASIONA UN CORTE ÓPTIMO. (C) UN CLARO DEMASIADO GRANDE OCASIONA REBABA MUY GRANDE................................. 28

FIGURA 1.14 CLARO ANGULAR ........................................................................................................................ 30 FIGURA 1.15 SOBRE POSICIÓN DE ESFUERZOS ............................................................................................... 30 FIGURA 1.16 CIZALLA MECÁNICA .................................................................................................................... 31 FIGURA 1.17 CIZALLA DE POTENCIA HIDRÁULICA ............................................................................................ 33 FIGURA 2.1 VISTA DELANTERA DE CIZALLAFUENTE: ELABORACIÓN PROPIA ................................................... 36 FIGURA 2.2 VISTA LATERAL IZQUIERDA ........................................................................................................... 37 FIGURA 2.3 VISTA SUPERIOR .......................................................................................................................... 38 FIGURA 2.4 DESPLAZAMIENTO VS. ANGULO DE GIROFUENTE: ELABORACIÓN PROPIA ................................... 39 FIGURA 2.5 VELOCIDADES VS. ANGULO DE GIRO ............................................................................................ 39 FIGURA 2.6 ACELERACIONES VS. ANGULO DE GIRO ........................................................................................ 40 FIGURA 2.7 TRANCHA CON PLACAS PARALELAS .............................................................................................. 40 FIGURA 2.8 ESQUEMA ESTÁTICO DE FUERZAS ................................................................................................ 41 FIGURA 2.9 ESQUEMA ESTÁTICO DE FUERZAS 2FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA ........................................... 42 FIGURA 2.10 DIAGRAMA VECTORIAL DEL SISTEMA DE 4 BARRAS ................................................................... 43 FIGURA 2.11 ÁREA DE LA TRANCHA ................................................................................................................ 50 FIGURA 2.12 CHAPAS QUE COMPONES LA TRANCHA ...................................................................................... 51 FIGURA 2.13 MONTANTE VERTICAL ................................................................................................................ 54 FIGURA 2.14 TRAVESAÑO ............................................................................................................................... 55 FIGURA 2.15 PESOS DE LOS SOPORTES LATERALES ......................................................................................... 55 FIGURA 2.16 MESA DE CIZALLADORA .............................................................................................................. 57 FIGURA 2.17 ESCUADRADO DE LA CORTADORA .............................................................................................. 58 FIGURA 2.18 ZONA DE ALIMENTACIÓN ........................................................................................................... 58 FIGURA 2.19 BARRA DE PROTECCIÓN (IZQUIERDA‐BAJADA, DERECHA‐SUBIDA) ............................................. 59 FIGURA 2.20 MESA CON ELEMENTOS ............................................................................................................. 62 FIGURA 2.21 PERFIL ........................................................................................................................................ 63 FIGURA 2.23 MONTANTE VERTICAL Y TRAVESAÑO ........................................................................................ 66 FIGURA 2.24 VIGA CAJÓN TRAVESAÑO ........................................................................................................... 67

xiv

FIGURA 2.25 CARGA EJERCIDAS A LO LARGO DEL TRAVESAÑO ....................................................................... 70 FIGURA 2.26 MOMENTOS EJERCIDOS A LO LARGO DEL TRAVESAÑO .............................................................. 70 FIGURA 2.27 SOPORTES APLICADOS A LO LARGO DEL SOPORTE ..................................................................... 73 FIGURA 2.28 CARGAS APLICADAS A LO LARGO DEL SOPORTE ......................................................................... 75 FIGURA 2.29 MOMENTOS APLICADOS A LO LARGO DEL SOPORTE .................................................................. 76 FIGURA 2.30 PERFIL L, DISPOSICIÓN DE PERNOSFUENTE: ELABORACIÓN PROPIA ........................................... 79 FIGURA 2.31 CUCHILLA DE CIZALLA ................................................................................................................ 81 FIGURA 2.32 SISTEMA DE REGULACIÓN LONGITUDINAL ................................................................................ 82 FIGURA 2.32 DETALLE DEL TOPE TRASERO Y ESQUEMA DE DISTANCIAS ........................................................ 84 FIGURA 2.33 CILINDRO DOBLE EFECTO ........................................................................................................... 88 FIGURA 2.34 FORMA DE SUJECIÓN AL TRAVESAÑO ........................................................................................ 89 FIGURA 2.35 BOMBA DE ENGRANES EXTERIORES ........................................................................................... 92 FIGURA 2.36 PARTES DE BOMBA DE ENGRANES ………………………………………………….……………………………………….92 FIGURA 2.40 DIAGRAMA DE POTENCIA PARA BOMBAS DE ENGRANES EXTERNOS ......................................... 93 FIGURA 2.41 BOMBA DE ENGRANES BOSCH REXROTH ................................................................................... 93 FIGURA 2.39 ESQUEMATIZACIÓN DE DEPÓSITO HIDRÁULICO ......................................................................... 94 FIGURA 2.40 SELLOS ........................................................................................................................................ 95 FIGURA 2.41 VÁLVULA LIMITADORA DE PRESIÓN DE ACCIÓN MANUAL ......................................................... 95 FIGURA 2.42 SERVO VÁLVULA DIRECCIONAL DE 3 ETAPAS .............................................................................. 96 FIGURA 2.43 MANGUERA HIDRÁULICA DE ALTA PRESIÓN ............................................................................... 97 FIGURA 2.44 MEDICIÓN DE LA MANGUERA ARMADA ..................................................................................... 97 FIGURA 2.45 INSTALACIÓN DE LA MANGUERAFUENTE: BOSCHREXROTHAG.COM/PRODUCTOS .................... 98 FIGURA 2.46 ADAPTADOR MANGUERA, AMBOS EXTREMOS........................................................................... 98 FIGURA 2.47 HEMBRA GIRATORIA CURVA, MACHO ASIENTO O‐RING ............................................................. 99 FIGURA 2.48 MANÓMETRO DE GLICERINA, VÁLVULA ANTI RETORNO ............................................................ 99 FIGURA 2.49 DIAGRAMA DE MOVIMIENTOS ................................................................................................. 103 FIGURA 2.50 SALIDA EN ÉMBOLOS EN SECUENCIAFUENTE: ELABORACIÓN PROPIA ...................................... 104 FIGURA 2.51 ACTIVACIÓN DEL SISTEMA II FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA ................................................. 105 FIGURA 2.52 CIRCUITO DE CONTROL ELÉCTRICO II ........................................................................................ 106 FIGURA 2.53 CIRCUITO ELECTROHIDRÁULICO II FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA ......................................... 106 FIGURA 2.54 CIRCUITO DE CONTROL ELÉCTRICO F ........................................................................................ 107 FIGURA 2.55 MOTOR TRIFÁSICO JAULA DE ARDILLA 7.5 HP .......................................................................... 108 FIGURA 2.56CARTUCHO FUSIBLE 14 X 51 MM, 25 A ..................................................................................... 112 FIGURA 2.57 LOTE LLAVES TÉRMICAS MERLÍN Y DISYUNTORES 25(A) ........................................................... 112 FIGURA 2.58 CONTACTOR ABB B‐30 (25AMP CON BOBINA 380V) ................................................................ 113 FIGURA 2.59 PULSADOR CON ENCLAVAMIENTO (PPPN Y PPPN‐CL) / PULSADOR DE SETA CON

ENCLAVAMIENTO ................................................................................................................................. 114 FIGURA 2.60 PANEL DE CONTROLFUENTE: ELABORACIÓN PROPIA ............................................................... 114 FIGURA 2.61 PEDAL DE CONTACTO ELÉCTRICO ............................................................................................. 115 FIGURA 2.62 MANIOBRA ELÉCTRICA ............................................................................................................. 116 FIGURA 2.63DIAGRAMA DE MOVIMIENTOS GENERAL .................................................................................. 117 FIGURA 3.1 ELEMENTOS DE SEGURIDAD ...................................................................................................... 140 FIGURA 3.2 SIGNIFICADO DE LOS COLORES EN SEGURIDAD INDUSTRIAL ...................................................... 141 FIGURA 3.3 CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DE UN EXTINTOR DE INCENDIOS ..................................................... 142 FIGURA 3.4 NIVEL DE ACEITE ......................................................................................................................... 143 FIGURA 3.5 PUNTOS DE ENGRASEFUENTE: TECNOLOGÍA MECÁNICA.COM/MANTEAMIENTO EN CORTE ..... 144 FIGURA 5.1 PRENSA CHAPAS ......................................................................................................................... 163

xv

ÍNDICE DE TABLAS PÁGINA

TABLA 1.1 RESISTENCIA AL CORTE DE ALGUNOS MATERIALES .......................................................... 23 TABLA 1.2 MÓDULO DE CIZALLA ......................................................................................................... 25 TABLA 1.3 VALOR DE LAS TOLERANCIAS PARA LOS TRES GRUPOS DE LÁMINAS METÁLICAS ............ 29 TABLA 1.4 TOLERANCIA AL CORTE ...................................................................................................... 29 TABLA 1.5 CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE LA MÁQUINA CIZALLA MECÁNICA ............................ 32 TABLA 1.6 PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS ........................................................................ 33 TABLA 1.7 MATRIZ DE PONDERACIÓN ................................................................................................ 34 TABLA 2.1 VALORES DE DESPLAZAMIENTOS, VELOCIDADES Y ACELERACIONES .MOSTRANDO LA

VARIACIÓN DE LOS PARÁMETROS BÁSICOS DE LA CUCHILLA VERTICAL CON LOS ÁNGULOS .... 38 TABLA 2.2 DETERMINACIÓN DE R_4 Y Θ_3 ........................................................................................ 44 TABLA 2.3 DETERMINACIÓN DE Ω2 Y Ω3 .........................................................................................

46 TABLA 2.4 CARACTERÍSTICAS DE ACEROS LAMINADOS ...................................................................... 46 TABLA 2.5 ESPECIFICACIONES DEL CILINDRO ...................................................................................... 88 TABLA 2.6 ESPECIFICACIONES DE BOMBA .......................................................................................... 93 TABLA 2.7 ESPECIFICACIONES DE VÁLVULA LIMITADORA .................................................................. 96 TABLA 2.8 ESPECIFICACIONES DE VÁLVULA DIRECCIONAL ................................................................. 96 TABLA 2.9 CARACTERÍSTICAS FUCHS MH 46 – CEPSA ....................................................................... 102 TABLA 2.10 CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DEL MOTOR MARCA ABB ................................................ 108 TABLA 2.11 CAÍDA DE TENSIÓN A PLENA CARGA.............................................................................. 109 TABLA 2.12 CAÍDA DE TENSIÓN EN EL ARRANQUE ........................................................................... 110 TABLA 2.13 CARACTERÍSTICAS DE LOS CONDUCTORES .................................................................... 111 TABLA 2.14 PARÁMETROS DE CORRIENTE ........................................................................................ 111 TABLA 2.15 COMPONENTES ELÉCTRICOS ESPECIFICADOS PARA PROTECCIÓN ................................ 118 TABLA 2.16 COMPONENTES ELÉCTRICOS ESPECIFICADOS DE CONTROL.......................................... 118 TABLA 2.17 ESPECIFICACIONES GENERALES ..................................................................................... 119 TABLA 4.1 RESUMEN DE LOS COSTOS DE FABRICACIÓN .................................................................. 151 TABLA 4.2 COSTO DE MATERIALES .................................................................................................... 152 TABLA 4.3 COSTO DE INSUMOS ........................................................................................................ 152 TABLA 4.4 COSTOS DE MANO DE OBRA ............................................................................................ 153 TABLA 4.5 COSTO DE USO MÁQUINAS – HERRAMIENTAS ................................................................ 153 TABLA 4.6 COSTOS DE MONTAJE ...................................................................................................... 154 TABLA 4.7 RESUMEN DE LOS COSTOS TOTALES ................................................................................ 155 TABLA 4.8 PRECIO DE LA MÁQUINA .................................................................................................. 155 TABLA 4.9 PRECIO DE VENTA PARA LA MÁQUINA ............................................................................ 156 TABLA 5.1 COMPARACIÓN TÉCNICA DE LA CIZALLADORA ............................................................... 157 TABLA 5.2 PRECIO DE LA MÁQUINA IMPORTADA, PUESTA EN LA CIUDAD DE LA PAZ INCLUYENDO

LAS COMISIONES ADICIONALES ................................................................................................ 159 TABLA 5.3 COMPARACIÓN ECONÓMICA .......................................................................................... 160

Anexos.

16

CAPÍTULO I

1 ASPECTOS GENERALES

1.1 Antecedentes

A través de la historia, el ser humano se ha visto en la necesidad de crear

elementos que le permitan trabajar de forma más cómoda. Esta necesidad lo ha

llevado a desarrollar una serie de herramientas, equipos y maquinaria acorde con

sus requerimientos, siendo el principal objetivo lograr que estos elementos sean

cada vez más perfectos, simples, útiles, poli-funcionales y accesibles.

Todo esto ha demandado realizar una constante búsqueda de nuevos

materiales, modelos y técnicas de trabajo. Búsqueda que se ha traducido en un

desarrollo tecnológico que mantiene un ritmo de crecimiento constante hasta

nuestros días.

La industria de manufactura no ha sido la excepción a este proceso de cambio,

ya que la importancia de este sector en el contexto socioeconómico es evidente para

cualquier ciudadano.

Es necesario utilizar chapas de acero en la fabricación de inmobiliaria

doméstica, hospitales, industria en general, estructuras metálicas, etc. Dónde el

proceso de corte de chapas de acero es fundamental.

Debido a que la industria sigue en constante crecimiento en nuestro medio,

pero todavía no cuenta la suficiente información de maquinaria especializada, es de

interés el poder realizar un diseño y dejar la información necesaria para su posterior

fabricación de una máquina cizalladora hidráulica para chapas de acero. En las

ciudades de La Paz y Santa Cruz cuenta con pocas máquinas similares que fueron

adquiridas por medio de importaciones, sabiendo que contamos con el suficiente

17

capital humano profesional y técnico para la fabricación de dicha máquina. Entonces

el presente proyecto está orientado al diseño de una de estas máquinas.

1.2 Planteamiento del problema

¿Es posible diseñar una máquina cizalladora hidráulica para chapas de acero?

1.3 Objetivos

1.3.1 Objetivo General - Diseñar una máquina cizalladora hidráulica para chapas de acero.

1.3.2 Objetivos Específicos

- Determinar la potencia de corte para distintos tipos de chapas de acero al

carbono de (0.5 - 6) mm de espesor. - Lograr una forma alternativa para el corte con referencia al accionamiento. - Ampliar los conocimientos sobre los métodos de corte de chapas de acero

al carbono. - Reducir la fatiga de los obreros, mejorando su calidad de trabajo, al evitar

que los mismos realicen el trabajo pesado. - Utilizar materiales existentes en el mercado local.

1.4 Justificación

En nuestro medio la disponibilidad de contar con una máquina cizalladora es

muy restringida. Generalmente esta máquina tiene que ser importada, lo que

conduce a no tener tecnología desarrollada en el diseño de máquinas herramientas

para un proceso en general o especifico. Debido a que los empresarios eligen la

alternativa de comprar tecnología antes que desarrollarla.

El presente proyecto es una ayuda en el campo del diseño1 y la fabricación de

piezas, con la finalidad de mejorar la producción de elementos de chapa que serán

cortadas que es uno de los procesos más importantes en el campo industrial de la

producción.

1 Diseño: conjunto de técnicas y procedimientos destinados a un fin en común

18

En Bolivia la incursión al campo de corte de chapa de acero, se da gracias a la

necesidades de mejorar la tecnología por medio de las exigencias del consumidor,

dando más opciones de aplicación para la elaboración de mejores productos, de

gran aceptación en la elaboración de piezas simples y complejas de toda tamaño,

que ofrezcan buena calidad, garantía y menor tiempo de fabricación.

En la (Fig. 1.1), se muestra las curvas correspondientes a la oferta y la

demanda de la maquinaria utilizada en metal mecánica, publicado por un periódico

de circulación nacional, en la que podemos observar que la demanda en los últimos

años se ha incrementado.

Figura 1.1 Demanda vs Oferta de maquinaria metal mecánica

Fuente: la razón, crecimiento de las empresas metal mecánica en Bolivia 02-03-2010

Es por eso que nace la inquietud de hacer un aporte a la tecnología acorde a

las condiciones humanas y la disponibilidad de materiales.

Así proporcionar una guía para poder diseñar y fabricar una máquina de gran

precisión, facilidad, durabilidad y calidad.

Como la que se presenta en el presente proyecto.

1.5 Límites y Alcances

Para el diseño de esta máquina se debe establecer que las partes por las que

está construida la máquina pueden ser fabricadas en nuestra industria y también

algunas parte puedes ser importadas, además se consiga realizar el corte de chapas

de acero de medio contenido de carbono de una longitud máxima en metros y un

-4000

-2000

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

2004 2006 2008 2010 2012

19

espesor de corte máximo en milímetros, que determinaran las características de la

máquina.

1.5.1 Límites

Para establecer los límites del presente proyecto se recurre a empresas

reconocidas en el medio internacional en la fabricación de maquinaria especializada

como: Nargesa, Feysama, Warcom, Newton entre otros. Los cuales ofrecen productos

para el corte de distintas longitudes de corte (2, 3, 6,12) m, capacidades de corte desde

(0.5 - 20) mm y accionamientos variados. De los cuales se seleccionó como longitud

de 3 m, también un rango de corte de (0.5 - 6) mm, por ser el producto con más

demanda por el mercado internacional.

-La máquina cizalladora constará de una longitud de corte de 3 m

-La máquina cizalladora cortará un espesor máximo de 6 mm

1.5.2 Alcances

- El cuello de cisne2, o comúnmente conocido como escote, es importante cuando necesitamos cortar chapas de longitud superior (Fig. 1.2).

Figura 1.2 Cuello de Cisne

Fuente: http://www.taringa.net/posts/infocizallaconcuellodecisne

- El tope trasero es una pieza mecanizada de fácil ajuste y gran precisión gracias a su correa reforzada con hierro como en la (Fig. 1.3).

Figura 1.3 Tope trasero

2 Es un tipo especial de estructura, con el propósito de usar la totalidad de la cuchilla de corte

20

Fuente: http://www.taringa.net/posts/infocizallatope

- La reja de protección delantera puede levantarse para facilitar el

posicionamiento de la chapa que queremos cortar, si la reja permanece abierta

la máquina no desciende para cortar. Igual pasa con las rejas traseras, si está

abierta la máquina no enciende, como en la (Fig. 1.4).

Figura 1.4 Reja de protección

Fuente: http://www.taringa.net/posts/infocizallatope3

- Brazos de apoyo, los 3 brazos de apoyo constan de un tope superior para

realizar cortes inclinados o dando la medida por delante. Muy útil en chapas

finas que cuelgan en grandes distancias, son los dispositivos que ayudan con

cortes de la totalidad de superficie de corte (Fig. 1.5).

Figura 1.5 Brazo de apoyo

3 http://www.taringa.net/posts/infocizallabrazodeapoyo

21

Fuente: http://www.taringa.net/posts/infocizallabrazodeapoyo

- Conjunto oleo hidráulico de gran resistencia y durabilidad para los trabajos de

presión al que es sometido continuamente, además es uno de los sistemas que

contará con un sencillo control de operación y con carrera previamente

determinada.

1.6 Marco Referencial

1.6.1 Introducción

La tajadera, el tranchete del yunque y los cortafríos (Fig. 1.6), usados por los

herreros durante siglos, han sido las herramientas universales para cortar en frío y

caliente, chapa, palastro y perfiles diversos. El perforado manual de metales

realizado con punzones, experimenta un avance a partir del siglo XVI, al utilizar las

prensas de balancín para punzonar y troquelar chapa y palastro.

Figura 1.6 tajadera y corta filos

Fuente: http://www.taringa.net/historiadelcorte

22

Para la operación de corte de chapa y palastro delgado, producidos por

laminación, se desarrollan tijeras de palanca accionadas manualmente. Durante el

siglo XIX, debido al desarrollo de la siderurgia se incrementa fuertemente la

capacidad de producción.

Hacia finales del siglo XIX, se desarrollan varias máquinas más potentes para

ser accionadas por transmisión. Máquinas para enderezar palastro. Cizallas para

cortar palastro y plegadoras para chapa y palastro delgado.

Por su flexibilidad y facilidad de traslado a pie de obra, las cizallas y punzonadoras

accionadas a mano siguen siendo imprescindibles (Fig. 1.7).

Figura 1.7 cizalla manual

Fuente: http://www.taringa.net/historiadelcorte

1.7 Definición de Cizallado

Se define el cizallado, como el proceso de corte o separación de metal en

forma de placas o planchas sin formación de astillas. Es una operación similar a la

de cortar papel con tijeras y puede realizarse entre dos hojas cizalladoras rectas o

entre cuchillas circulares rotativas.

Aunque las hojas de la cizalladora adoptan la forma de borde curvado de

punzones y matrices en los casos de recorte y perforado, estas también son

operaciones básicas de cizallado.

23

1.8 Propiedades del acero

El acero4 A36 es una aleación de acero al carbono de propósito general muy

comúnmente usado en los Estados Unidos, aunque existen muchos otros aceros,

superiores en resistencia, cuya demanda está creciendo rápidamente.

La denominación A36 fue establecida por la ASTM (American Society for Testing

and Materials).

El acero A36, tiene una densidad de 7860 kg/m³, (0.28 lb/in³). El acero A36 en

barras, planchas y perfiles estructurales con espesores menores de 8 plg (203,2 mm)

tiene un límite de fluencia mínimo de 250 MPA, (36 ksi), (2548 �� ⁄ ). Y un límite

de rotura mínimo de 410 MPa, (58 ksi), (4180 �� ⁄ ). Las planchas con espesores

mayores de 8 plg, (203,2 mm) tienen un límite de fluencia mínimo de 220 MPA, (32

ksi), (2242 �� ⁄ ). Y el mismo límite de rotura.

1.9 Determinación de parámetros para la fuerza de corte

La siguiente tabla es un instrumento básico para realizar cualquier operación

de corte. A continuación la información que nos suministra y la relación entre

diversos parámetros que aparecen e influyen en corte (Tabla 1.1), los mismos que

varían en función al material y las diferentes aleaciones que se le dan a los

materiales con el fin de diferenciar las características de los diferentes materiales.

Tabla 1.1 Resistencia al Corte de Algunos Materiales

Fuente: http://www.aspectos generales de cizallador.html

4 http://es.wikipedia.org/wiki/Acero_A36

24

Debido a que los metales deben ser conformados en la zona de

comportamiento plástico es necesario superar el límite de fluencia para que la

deformacion sea permanerte. En nuestro caso se supera este límite para que se

pueda realizar un corte como en la (Fig. 1.8), se muestra la zona plastica y la zona

elastica, en la que apartir del punto de fluencia se generan dos curvas; la curva

convencional y la curva real.

Figura 1.8 Curva Característica Esfuerza- Deformación

Fuente: http://www.materialesycaracteristicas.com/teensm.html

En el conformado de metales se debe tener en cuenta ciertas propiedades tales

como un bajo límite de fluencia y una alta ductilidad. Estas propiedades son

influeciadas por la temperatura; cuando la temperatura aumeta, el límite de fluencia

disminuye mientras que la ductilidad aumenta.

1.9.1 Módulo de Cizalla

El módulo de elasticidad transversal, también llamado módulo de cizalladura,

es una constante elástica que caracteriza el cambio de forma que experimenta un

material elástico (lineal e isótropo) cuando se aplican esfuerzos cortantes. Este

módulo recibe una gran variedad de nombres, entre los que cabe destacar los

siguientes: Módulo de rigidez transversal, módulo de corte, Módulo de cortadura,

módulo elástico tangencial, módulo de elasticidad transversal. Para un material

elástico lineal e isótropo, el módulo de elasticidad transversal tiene el mismo valor

para todas las direcciones del espacio como en la (Fig. 1.9).

25

En materiales anisótropos se pueden definir varios módulos de elasticidad

transversal, y en los materiales elásticos no lineales dicho módulo no es una

constante sino que es una función dependiente del grado de deformación.

Figura 1.9 Esquema para la Medición del Esfuerzo Cortante

Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/M3%B3dulo_de_cizalladura

Cuando la fuerza F que actúa sobre el cuerpo es paralela a una de las caras

mientras que la otra cara permanece fija, se presenta otro tipo de deformación

denominada de cizallamiento en el que no hay cambio de volumen pero si de forma.

Si originalmente la sección transversal del cuerpo tiene forma rectangular, bajo un

esfuerzo cortante se convierte en un paralelogramo. Definimos el esfuerzo como F/A

la razón entre la fuerza tangencial al área A de la cara sobre la que se aplica. La

deformación por cizalla, se define como la razón x/l, dónde x es la distancia horizontal

que se desplaza5 la cara sobre la que se aplica la fuerza y l la altura del cuerpo.

Tal como vemos en la (Tabla 1.2) El módulo de cizalla G es una propiedad

mecánica de cada material. Siendo pequeños los ángulos de desplazamiento

podemos describir experimentalmente el módulo elástico transversal puede medirse

de varios modos.

� = �� ∗ � (1.1)

Dónde: G = módulo de cizalladura o rigidez (N/m2).

� = ángulo de cizalladura (radianes).

5 Movimiento relativo entre dos superficies

26

F = Fuerzo al que está sometido (N). S = sección (m2).

Relación entre los módulos de Young, Poisson y rigidez.

G = �� ∗ �� (1.2)

Dónde: G = módulo de rigidez (N/m2). E = módulo de Young (N/m2)

� = Coeficiente de Poisson (� > 0, sin unidades)

Tabla 1.2 Módulo de Cizalla

Fuente:http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/solido/torsion.htm

1.9.2 Operación de Corte

El corte de láminas se realiza por la acción de cizalla entre dos bordes afilados.

La acción de cizalla se describe en los cuatro pasos esquematizados en dónde el

borde superior de corte (el punzón) se mueve hacia abajo sobrepasando el borde

estacionario inferior de corte (el dado), como en la (Fig. 1.10).

27

Figura 1.10 Cizallado o Corte de una Lámina Metálica entre dos Bordes Cortantes

Fuente: http://www.materialesycaracteristicas.com/procesodecorte.html

Detalle de cizallado o corte de una lámina metálica entre dos borde cortantes.

- (1) inmediatamente antes que le punzón entre en contacto con el material

- (2) el punzón comienza a comprimir el material de trabajo causando deformación

plástica6

- (3) el punzón comprime y penetra en el material de trabajo formando una superficie lisa

de corte

- (4) se inicia la fractura entre los dos bordes de corte opuestos que separan la lámina.

- Los símbolos v y F indican la velocidad y fuerza aplicada, respectivamente.

Aquí es dónde empieza la deformación plástica del material de trabajo; justo

abajo del redondeado hay una región relativamente lisa llamada “BRUÑIDO”. Esta

resulta de la penetración del punzón en el material antes de empezar la fractura. La

cuchilla superior de la cizalladora de potencia esta frecuentemente “SESGADA”, o

con el efecto Guillotina como se muestra en la (Fig. 1.12), este efecto o forma de

cuchilla es la encargada de reducir la fuerza requerida de corte en la superficie de

contacto. Finalmente en el fondo del borde esta la “REBABA” un filo causado por la

elongación del metal durante la separación final de las dos piezas (Fig. 1.11).

6 Estado de no-recuperación al estado original

28

Figura 1.11 Bordes cizallados característicos del material de trabajo


Figura 1.12 Operación de cizallado: (a) vista lateral de la operación. (b) vista frontal de operación de cizallad equipada con una cuchilla superior sesgada, el

símbolo v indica la velocidad de corte


1.9.3 Análisis de Ingeniería del Corte de Láminas Metálicas

Los parámetros importantes en el corte de láminas metálicas son el claro entre

el punzón y el dado, el espesor del material, el tipo de metal, su resistencia al corte

y la longitud de corte. A continuación examinaremos algunos aspectos relaciónados

29

1.9.4 Claro

En una operación de corte, el claro “c” es la distancia entre el punzón y el

dado. Los claros típicos en la operación de prensado convencional fluctúan entre (4

y 8) % del espesor “t” de la lámina metálica. El efecto de los claros inapropiados se

ilustra en la (Fig. 1.13). Si el claro es demasiado pequeño, las líneas de fractura

tiendes a pasar una sobre otra, causando un doble Bruñido y requieren mayor fuerza

de corte. Si el claro es demasiado grande, los bordes de corte pellizcan el metal y

resulta una Rebaba excesiva. En las operaciones especiales que requieren bordes

muy rectos como el rasurado y el perforado, el claro es solamente el 1% del espesor

del material.

Figura 1.13 El efecto del claro:(a) es un claro demasiado pequeño ocasiona una fractura poco menos que optima y fuerzas excesivas. (b) un claro normar ocasiona

un corte óptimo. (c) un claro demasiado grande ocasiona rebaba muy grande


Un claro correcto depende del tipo de lámina y de su espesor. El claro

recomendado se puede calcular por la siguiente formula:

� = � ∗ � (1.3)

Dónde: c = claro, (mm)

a = tolerancia

t = espesor de material.

30

La tolerancia se determina de acuerdo con el tipo de metal. Los metales se

clasifican por conveniencia en tres grupos dados en la siguiente con un valor “a”

asociado a cada grupo y se muestra en la (Tabla 1.3).

Tabla 1.3 Valor de las Tolerancias para los tres Grupos de Láminas Metálicas

Fuente: http://www.materialesycaracteristicas.com/procesodecorte.tolerancias

Los valores calculados del claro se pueden aplicar al cizallado, o al punzonado

convencional y a las operaciones de perforado de agujeros para determinar el

tamaño del punzón y el dado adecuado. Es evidente que la abertura del dado y el

punzón se tomaran en cuenta por el tipo de materia a trabajar, su espesor debido a

la geometría y la tolerancia de corte se muestra en la (Tabla 1.4).

Tabla 1.4 Tolerancia al Corte

Fuente: http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/11144/1/Memoria.pdf

Para que las formas o pedazos caigan a través el dado, la abertura del dado

debe tener un claro angular entre 1.5° y 2.5°de cada lado. El claro angular se

muestra en la (Fig. 1.14).

31

Figura 1.14 Claro Angular

Fuente: http://www.materialesycaracteristicas.com/procesodecorte.tolerancias

1.9.5 Esfuerzos combinados

El resultado de la operación de corte mostrado en la (Fig. 1.10), nos da como

resultado la producción de un esfuerzo cortante y un esfuerzo de flexión, que se

producen paralelamente y nos produce un esfuerzo combinado que el que se

muestra en la (Fig. 1.15).

Figura 1.15 sobre posición de esfuerzos

Fuente: http://www.resintencemachine.es/shearing-cutandflexion.html

1.10 Alternativas de Solución

Existen varios tipos de cizalla, entre los cuales se nombran a los que son

exclusivamente para chapas metálicas y se pueden destacar los siguientes:

32

1.10.1 Cizallas Mecánicas

La máquina cizalla mecánica es una Cizalla, resistente, con estructura

unificada , engranaje de transmisión abierta y el empleo de los aparatos más

avanzados (interruptor de pie, interruptor manual), bajo ruido, operación y

mantenimiento sencillos. Estructura simple de acero soldada, operación fácil,

atractiva apariencia, bajo consumo de energía. La máquina cizalla mecánica puede

ser ampliamente utilizada en metalurgia, industria ligera, fabricación de maquinaria,

equipo eléctrico y electrónico, mantenimiento de automóviles, fabricación de

hardware y otras industrias de mecanizado de chapas.

Esta máquina cizalla mecánica es una estructura simple y compacta, tiene

funcionamiento flexible y confiable, de fácil mantenimiento para el procesamiento de

chapas que se muestra en la (Fig. 1.16). Y se muestra también las características

de la maquina en la (Tabla 1.5).

Figura 1.16 Cizalla mecánica

Fuente: http://www.huatelimachine.es/2c-mechanical-shearing.html

Tabla 1.5 Características principales de la Máquina cizalla mecánica

Especificaciones Máximo de espesor de corte (mm)

Ancho máximo de corte (mm)

Angulo de corte (°)

Recorrido (veces/min)

Rango de ajuste del tope trasero (mm)

Potencia del Motor (KW)

33

Q11-3x1200 3 1200 2.25 54 350 2.2

Q11-3x1300 3 1300 2.14 54 350 2.2

Q11-3x1500 3 1500 2 54 350 2.2

Q11-4x2000 4 2000 1.30 56 650 5.5

Q11-4x2500 4 2500 1.30 56 650 5.5

Q11-4x3200 4 3200 1.18 56 650 7.5

Q11-6x2000 6 2000 1.45 56 650 7.5

Q11-6x2500 6 2500 1.45 56 650 7.5

Q11-3.5x1200A 3.5 1200 2.25 56 350 3

Q11-3.5x1300A 3.5 1300 2.25 56 350 3

Q11-3.x1500A 3 1500 2.25 56 350 3

Fuente: http://www.huatelimachine.es/2c-mechanical-shearing.html

1.10.2 Cizalla de Potencia hidráulica de Chapas

Una máquina cizalladora hidráulica es una máquina que puede cortar

diversos materiales empleando un diseño de guillotina. Una máquina de la guillotina

aplica el potencial de una hoja cayendo para el corte de tipos específicos de forma

rápida y precisa. Algunas son simples, máquinas montadas en una mesa. Otras son

voluminosas, instaladas en el suelo para cortar pedazos más grandes de metal u

otro material (Fig. 1.16).

Las Máquinas de corte pueden tener diseño hidráulico. Cizalla de potencia hidráulica

de corte vertical ofrecen calidad de corte, regulación de la longitud de corte, tope

trasero, se fabrica en distintas capacidades. Se muestra también las características

de la maquina en la (Tabla 1.6).

- Con tope trasero mecánico, rueda de mano.

- La hoja rectangular viene con cuatro filos7 de corte para una vida útil

extendida.

- Angulo de corte ajustable para reducir la deformación de la hoja

- Con función de corte en sección

7 Considerada al parte de la cuchilla que ataca a la pieza.

34

Figura 1.17 Cizalla de Potencia hidráulica

Fuente: http://www.mercadomachinery.com/teensm.html

Tabla 1.6 Principales características técnicas

Especificaciones Máximo espesor de corte (mm)

Ancho máximo de corte (mm)

Angulo de corte (°)

Recorrido (Veces/min)

Rango de ajuste del tope trasero (mm)

Altura de la superficie de trabajo (mm)

Potencia del Motor (KW)

QC11Y-6x2500 6 2500 1.30 16-35 20-600 800 7.5

QC11Y-6x3200 6 3200 1.30 14-35 20-600 800 7.5

QC11Y-6x4000 6 4000 1.30 10-30 20-600 800 7.5

QC11Y-6x5000 6 5000 1.30 10-30 20-800 900 11

QC11Y-6x6000 6 6000 1.30 8-25 20-800 1000 11

QC11Y-8x2500 8 2500 2 14-30 20-600 800 11

QC11Y-8x3200 8 3200 2 12-30 20-600 850 11

Fuente: http://www.huatelimachine.es/2a-guillotine-shearing.html

35

1.11 Elección de Alternativa de Solución

La elección de la alternativa de solución, se elige una que brinde un corte

longitudinal continuo y permita la regulación del claro para poder realizar el corte de

distintos espesores, dentro del rango del cizallado.

En el proceso de construcción, muchas veces se debe proporcionar capacidad

de corte, analizando la ventajas y desventajas se selecciona la mejor alternativa de

solución pero teniendo en cuenta varios aspectos. Es por eso que analizando las

alternativas previamente expuestas.

Cizalladora mecánica vs. Cizalladora hidráulica, se pone a consideración una

Matriz de ponderación (Tabla 1.7), porque nos garantiza cumplir con todas las

expectativa y cumplir con los objetivos propuestos al principio del presente capitulo.

Tabla 1.7 Matriz de ponderación

Cizalla Mecánica

Cizalla Hidráulica

Longitud de corte 3 m 5 3 m 5 Espesor de corte 3-6 mm 4 2-8 mm 8 Ancho máximo de corte

3200 mm 5 3200 mm 5

Angulo de corte 1.18° 6 1.30° 9

Recorrido 56 veces/min 7 (14 - 30) veces/min 5

Rango de ajuste 650 mm 7 (20 - 600) mm 5

Altura de trabajo 680 mm 4 800 mm 9

TOTAL 5.4 6.6

Fuente: Elaboración propia

36

CAPÍTULO II

2 INGENIERÍA DEL PROYECTO

2.1 Parámetros de Diseño

Para el diseño de una máquina influyen características que deben satisfacer la

durabilidad y el costo que representa, basándose en el principio de corte, el cual nos

servirá para el cálculo de velocidades, fuerza de corte y valores que nos permitan

determinar parámetros críticos.

Los parámetros importantes en el corte de láminas metálicas son el claro entre

el punzón y el dado, el espesor del material, el tipo de metal, su resistencia y la

longitud de corte.

Para establecer los parámetros del presente proyecto se recurre a empresas

reconocidas en el medio nacional e internacional en la fabricación de maquinaria

especializada como: Nargesa, Feysama, Warcom, Newton entre otros. De los cuales

ofrecen productos para el corte, de distintas longitudes de corte (2, 3, 6,12) m,

capacidades de corte desde (0.5 - 20) mm y accionamientos. De los cuales se

seleccionó como longitud de 3 m, también un rango de corte de (0.5 - 6) mm por ser

el producto con más demanda por el mercado, adicionalmente informar del ángulo

de corte respecto de las abscisas.

Para tal efecto utilizaremos los siguientes parámetros:

- Espesor de material a cortar - (0.5 a 6) mm

- Longitud útil de corte - (10 a 3000) mm

- Ángulo de corte - α: (3) ° Grados Sexagesimales

37

2.2 Sistemas y Subsistemas

2.2.1 Sistemas

En el diseño de la máquina cizalladora contaremos con estos tres sistemas

básicamente. - Sistema de Corte

- Sistema Oleo hidráulico

- Sistema de Control

2.2.2 Subsistemas

Los sistemas mencionados se dividen a la vez en varios subsistemas que

nombraremos a continuación (Fig. 2.1; 2.2; 2.3):

El sistema de corte consta de los siguientes subsistemas:

- Trancha; consta de la cuchilla, perfiles, émbolos primarios, guías de corte, pernos de sujeción

- Mesa; consta de la base, sobre mesa, soporte de dado, tope de posición trasero, brazo, pernos de sujeción

- Soporte lateral inferior; consta de placa de unión, cuchilla, cubierta posterior, pernos de sujeción

Figura 2.1 vista delantera de cizalla


38

El sistema hidráulico consta de los siguientes subsistemas:

- Bomba oleo hidráulica

- Electroválvulas y válvulas

- Cilindros doble efecto

- Margueras de alta presión

- Válvula de estrangulación, válvulas de alivio

Figura 2.2 vista lateral izquierda


El sistema de control consta de los siguientes subsistemas:

- Conexión a la red

- Subsistema de potencia o fuerza

- Subsistema motor

- Subsistema de protección

- Fusibles

- Termo magnéticos

- Bastón de control

- Diagrama de movimientos

39

Figura 2.3 vista superior


2.3 Diagramas de Desplazamiento, Velocidad y Aceleración.

Tabla 2.1 Valores de Desplazamientos, Velocidades y Aceleraciones .Mostrando la variación de los parámetros básicos de la cuchilla vertical con los ángulos

Fuente: elaboración propia

40

Figura 2.4 Desplazamiento vs. Angulo de Giro


Figura 2.5 Velocidades vs. Angulo de giro


0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Elev

acio

n

(mm

)

Angulo de Giro ϴ (°)

Diagrama de Desplazamientos

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Elev

acio

n

(mm

)


Diagramana de Velocidades

41

Figura 2.6 Aceleraciones vs. Angulo de giro


2.4 Sistema de corte

2.4.1 Diseño de Trancha

La trancha es el elemento de la cizalladora que tiene un movimiento de

ascenso y descenso que produce el corte de la chapa de acero, cumpliendo la

función de un corte gradual para reducir la fuerza de corte sosteniendo a la cuchilla

superior (Fig. 2.7).

Figura 2.7 Trancha con placas paralelas


0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Elev

acio

n

(mm

)


Diagrama de Aceleraciones

42

2.4.1.1 Análisis Estático de Sistemas de la Trancha

Figura 2.8 Esquema estático de fuerzas


∑ � = � ; ∑ � = 0 (2.1)

∑ �� = 0 ; �� − �� + �� − �� = 0 (2.2)

∑ �� = 0 ; �� − �� + �� = 0 (2.3)8

Dimensiones por las tablas con catálogos de Anexos

Dónde : ��: reacción de la trancha (��)

��: reacción de la mesa (��)

��: peso de la tracha (��)

��: peso de la montante vertical (��)

��: distancia de la trancha respecto del punto o (m)

��: distancia de la mesa respecto del punto o (m)

��: distancia del travesaño (m)

��: distancia de la trancha respecto del punto (m)

Despejando de la anterios ecuación Rb:

�� = �� + �� = �� = 31.3(��)

8 ESTATICA, R.C. Hibeler, Editorial Mc Graw Hill, Tercera Edición.

43

Este valor lo reemplazamos en la ecuación de fuerzas:

�� = �� − �� + �� = �� = 7.11(��)

2.4.1.2 Esquematizacion del Momento de Impacto

Figura 2.9 Esquema estático de fuerzas 2


� � = � ; � � = 0 ∑ �� = 0 ; �� − �� + �� − �� + �� = 0 (2.4)9

∑ �� = 0 ; �� − �� + �� + �� = 0 (2.5)

Despejando de la ecuación (2.5) en termino �� y lo reemplazamos en la ecuación (2.4) para determinar ��:10

�� = �� + �� + �� + �� − ��

�� = −31.4 (��)

9 TIMOSHENCO, Resistencia de Materiales, James M. Gere, 5ta. Ed.

10 SHAUM, Resistencia de Materiales, William A. Nash, Editorial Mc Graw Hill, Nueva Edición.

44

Con el valor obtenido de �� determinamos �� en la ecuación, con las dimensiones por las tablas con catálogos de Anexos:

�� = �� − �� + �� − ��

�� = 62.8 (��)

Dónde ��: reacción de la trancha (��)

��: reacción de la mesa (�� )

��: peso de la tracha (��)

��: peso del travesaño (��)

��: distancia de la trancha respecto del punto o (m)

��: distancia de la mesa respecto del punto o (m)

��: distancia del travesaño (m)

��: distancia de la trancha respecto del punto (m)

��: distancia de la relación de la mesa (m)

��: relación de la matriz (��)

2.4.1.3 Análisis Cinemático de la Trancha

Figura 2.10 Diagrama vectorial del sistema de 4 barras

45


Dónde : ��: vector del eslabon1 (fijo)

��: vector del eslabon 2 (leva)

�!: vector del eslabon 3 (biela)

�!: vector del eslabon 4 (distancia de avance)

Aplicando los numeros complejos:

Aplicando Euler:

Tenemos:

"! = �#$%� &'* ,-/ 5*%'* ,-/ 59'< > (2.6)11

�? = �� sin "� − �� sin "� + �! sin "!

"! = 104.4(°) ; �? = 0(�)

11 DISEÑO DE MAQUINARIA, Robert L. Norton, Editorial Mc Graw Hill, Segunda Edición

46

Tabla 2.2 Determinación de R_4 y θ_3

Fuente: elaboración propia con la ayuda de tablas con catálogos de Anexos

2.4.1.4 Determinación de las Ecuaciones de Velocidad

Partiendo de la ecuación y derivando con respecto la tiempo:

�?AB5? = ��AB5� + �� "�AB5� + �! "!AB5! (2.7)12

Se igualan los terminos reales e imaginarios utilizando las equivalencias de

Euler y considerando que "4 es 90° se tiene:

�? ∗ 0 = �� cos "2 + �! "! cos "3

�? ∗ 1 = �� sin "2 + �! "! sin "3

Tambien se sabe que "� = C2 � "! = C3, reemplazando en la ecuación:


47

0 = �� cos "2 + �! C3 cos "3 (2.8)13

�? = �� sin "2 + �! C3 sin "3 (2.9)

Ahora se determina C3 sabiendo que �� = �� C2 de 2.9

C3 = − 2�� C2 cos "2�! cos "3

Se sabe que �? = D? entonces de la ecuación 2.10 de obtine:

D? = 2�� C2 sin "2 + �! C3 sin "3

Se tiene como dato, obtenido del catalogo de especificaciones por las empresa

que la velocidad de trabajo para del corte de 0.2 m/s. en funcion de nuestra fuerza

de corte es de 720(kN). Los resultados obtenidos de C2 � C3 se muestran en la

(Tabla 2.3).


48

Tabla 2.3 Determinación de ω2 y ω3

Fuente: elaboración propia con ayuda de tablas con catálogos

2.4.1.5 Análisis Dinámico de Corte

Para poder determinar de corte a utilizar se utiliza la siguiente (Tabla 2.4).

Tabla 2.4 Características de Aceros Laminados

Fuente: http://www.aspectos generales de cizallador

49

Es importante estimar la fuerza de corte por rotura porque de esta manera se

termina el tonelaje de la máquina, en este caso para el caso mas critico.14

� = E ∗ � ∗ F (2.10)15

� = 40 �H� ∗ 6I10%! � ∗ 3�

� = 720 (��)

Dónde : F: Fuenza de corte (��)

E: Resistencia al corte (�H�)

�: Espesor maximo de corte (m)

F: Longitud de corte (m)

Sería el caso más crítico donde se analiza el máximo espesor de corte, pero

este valor reducirá con el ángulo de corte, que sería el efecto guillotina.

Se debe tener en cuenta que la rotura es diferente al corte, es por eso que este

valor no se toma en cuenta para los cálculos posteriores.

Si se conoce la resistencia al corte, se puede estimar la fuerza de corte

mediante el uso de la resistencia a la tensión de corte, de la siguiente manera.16

� = JE ∗ � ∗ F (2.11)17

� = 32 �H� ∗ 6I10%!� ∗ 3�

� = 576 (��)

la ecuacion anterior estima la fuerza de corte, suponiendo que el corte entero

se hace al mismo tiempo a todo el largo del borde de corte, en este caso la fuerza

será máxima. Es posible reducir la fuerzas de corte usando un borde de corte

14 Fundamentos de Manufactura Moderna, Materiales, Procesos Y Sistemas Mikell P. Groover

15 Procesos de Manufactura, Bawa, Editorial Mc Graw Hill.


17 Procesos de Manufactura, Bawa, Editorial Mc Graw Hill

50

sesgado en el punzón o en le dado, el ángulo (llamado ángulo de corte) distribuye el

corte en el tiempo y reduce la fuerza que experimenta en cada momento.

La reducción de la fuerza de corte con un ángulo de cizalladura de 3°

sexagesimales es de 40%

�� = 576 (��) ∗ 0.6 (2.12)18

�� = 346(��)

De cualquier manera, la energía total requerida en la operación es la misma,

ya sea concentre en un breve momento o se distribuya sobre un periodo las largo.

2.4.1.6 Momento de Inercia de la trancha y mesa

Para la trancha tenemos, la inercia con respecto a su centro de masa,

Momentos de Inercia obtenidos con la ayuda de tablas con catálogos de Anexos:19

LM = N?O (3 P� + 4Q�) (2.13)

Dónde : LM: momento inercia de la trancha (� ��)

LR: momento inercia del soporte lateral (� ��)

L�: momento inercia de la mesa (� ��)

Utilizando Steiner se tiene:

S� = L� + �� ∗ (PN� ) (2.14)

S� = 212(� ��)

�T = 152(� �)

Dónde : S�: momento de inercia respecto del eje del motor (� ��)

L�: momento de inercia de la mesa respcto CM (� ��)


19 Datos obtenidos con la ayuda de tablas con catálogos de anexos

51

��: masa de trancha (�� )

PN: distancia de inercia de soporte paralelo ((�)

�T: momento angular del motor

La potencia necesaria para vencer el momento de inercia de masa.

�� = �T ∗ U (2.15)20

�� = 3.8 (��)

Dónde : �T: momento angular del motor

U: velocidad de rotacion de la pieza (rpm)

��: potencia necesaria para vencer el momento (��)

Para la leva tenemos, la inercia respecto a su centro:

L� = ∫ W� P� (2.16)

Dónde r se obtiene de la ecuación de la leva, que es:

� = W = F(5X − ��Y $AU �Y5X ) (2.17)21

L� = 75.5(� ��)

L� = � ∗ P�8

L� = 6.76(� ��)

Dónde : �: masa del area ocupada por transmision de fluido (�� )

P: Diámetro del área que ocupa la transmision de fluido(m)

L�: momento de inercia de la masa(� ��)

Pero la inercia de esta área respecto al centro de masa es :


21 SHIGLEY, J; Diseño en Ingeniería Mecánica; Editorial Mc Graw Hill, Sexta Edición; 2002

52

LZ� = L� + �ℎ� (2.18)22

LZ� = 24.1(� ��)

Por lo tanto la inercia de la trancha compuesta por:

L\ = L� − LZ�

Dónde : L�: momento de inercia 1 respecto a su CM (� ��)

LZ�: momento de inercia respecto al CM del área 1 (� ��)

L\: momento de inercia de la trancha respecto a su CM(� ��)

Utilizando Steiner se tiene:

S� = L\ + �� ∗ (PN� )

S� = 804(� ��)

�T = 5.76(� �)

Dónde : S�: momento de inercia respecto del eje del motor (� ��)

L\: momento de inercia de la trancha respecto a su CM(� ��) ��: masa de la trancha (��)

PN: distancia de la inercia del soporte paralelo del motor (m)

Se calcula la potencia necesaria para vencer el momento de inercia de masa:

�\ = �T ∗ U

�\ = 7.3(��) �\: potencia para momento de inercias de masa(��)

2.4.1.7 Análisis Dinámico del Sistema de Trancha y montante vertical

Figura 2.11 Área de la trancha


53


� = D ∗ ] (2.19)

V = A ∗ e (2.20)

�� = 2�� + �� + �! + �? + �` + �a Dónde : b: área (��)

A: espesor (m)

]: densidad del material de la tracha (df�3)

��: peso soporte superior (N)

El peso del montante vertical está compuesto por los siguientes datos obtenidos

con la ayuda de tablas con catálogos de anexos

2.4.1.8 Cálculo de las dimensiones de la Trancha

Figura 2.12 Chapas que compones la trancha

Fuente: elaboracion propia

54

g = ] ∗ A ∗ b

gh = 628 (��)

Dónde : w: Peso total de la trancha 2.5 ∗ 10! (��)

gh: Peso por chapa 588 (kg)

z: Numero de hojas a utilizar

]: Densidad del acero 7.85 ∗ 10! (��/�!)

e: Espesor de las hojas de la chapa a utilizar 0.025 (m)

A: Área de sección de la trancha (��)

k = llm ; k = 3.98 ≈ 4 (2.21)

Por lo tanto se asume que la trancha estará compuesta por 4 hojas de chapas

de acero de las siguientes dimensiones.

Dimensiones por tablas de catálogos de Anexos.23

b: Largo de la chapa 3 (�)

h: Alto de la chapa 1 (�)

e: Espesor de la chapa 0.025 (m)

a: Ancho total de la trancha 0.1 (�)

Para asegurar la resistencia de la trancha debido a momentos flexionantes se determina su deformación máxima.

�NTr = − ` t �u!O` vw (2.22)

��I = 9.8 ∗ 10%a(�)

Dónde : W: Carga distribuida 49 (�� )

L: Longitud de la trancha 3 (�)

E: Módulo de elasticidad 206(GPa)


55

S Inercia centro de gravedad trancha 2.5 ∗ 10�� (�?)

2.4.1.9 Cálculo del número de Pernos de Sujeción

La fuerza ejercida en las chapas que conforman la trancha es:

�xh = yz{ (2.23)

Dónde : �xh: Fuerza ejercida por la chapa (��)

�x: Fuerza aplicada (��)

z: Número de cortes en la chapas

|: Factor de mayoración 1.5

Se utilizan pernos Grado 8.8, se adopta k} = 10 pernos

~ = yzm{�� ≤ 5 ER� (2.24)

P = � ? yzmY {� ` �� => P = 9.88 ∗ 10−3� (2.25)

Se elige un diámetro de d=12mm.

Dónde : k} : Número de pernos

b}: Área del perno (��)

E�: Resistencia de fluencia 250(MPa)

Determinación del factor de seguridad de los pernos utilizando la anterior ecuación.

~ = �xhk}b} ≤ 5 ER� ; ~ = 220(�H�) ≤ 5ER�

� = ER�~ > 4 ; � = 1.47

Para el cumplimiento del factor de seguridad se determina el número de pernos

� = 4 = �� (2.31)

~ = 81(�H�) => ~ = 8 = �xhk}b}

k} = 27.1 �AWU#$

56

Se asume 30 pernos, por lo tanto se obtiene:

~ = 74(�H�)

� = 4.42



�: Factor de seguridad

~: Esfuerzo cortante (�H�)

La fuerza de precarga es: �� = 9 b� E� => �� = 4.1 ∗ 10!(��)

Dónde : b�: Área de esfuerzo de tensión 0.08424 (��) ,

E}: Resistencia de prueba E� 250(�H�)

��: Fuerza de precarga (��)

J = � P�� (2.26)

J = 9.9 ∗ 10!(�� )

Dónde : J: Torque máximo (�� ) ,

k: Coeficiente de perno galvanizado

P: Diámetro del perno (�)

2.4.2 Montante vertical

El montante es el elemento de la cizalladora que no tiene un movimiento y

soporta a la trancha, es parte de estructura principal dónde también se posiciona la

caja de subsistema de potencia.

Figura 2.13 Montante vertical

24 Tabla 8-1 J.Shigley

57


2.4.2.1 Momento de Inercia de la Trancha y travesaño

Figura 2.14 Travesaño


58

Figura 2.15 Pesos de los soportes laterales


La inercia dela trancha está compuesta por la inercia de cada una de la áreas

por las que está conformada.

La inercia con respecto al centro de masa es:

Sx� = S�+�� ∗ Px�

Dónde : S�: Momento de inercia del área respecto CM (� ��)

Sx�: Momento de inercia respecto CM de la trancha (� ��)

S�: Momento de inercia de trancha respecto a su CM (� ��)

Utilizando Steiner respecto del eje del motor.

S� = S� + �� ∗ P�

Dónde : S�: Momento de inercia respecto del eje del motor (� ��)

S�: Momento de inercia de trancha respecto a su CM (� ��)

��: masa de la trancha (�� )

P: distancia de la trancha al eje del motor ( �)

�T: Momento angular de la trancha (� �)

Se calcula la potencia necesaria para vencer el momento de inercia de la masa:

�� = �T ∗ U

Dónde : �T: Momento angular de la trancha (� �)

�\: potencia para vencer el momento de inercias de masa(��)

U: velocidad de rotacion de la pieza (rpm)

59

La inercia de la montante superior esta compuesto por la inercia de cada una de la áreas por la que esta conformada. La inercia de lateral respecto a su centro de masa es:

S� = N�� (�� + ℎ�)

Sx� = S� + �� ∗ (P�)�

Dónde : S�: inercia del área respecto a su CM (� ��)

Sx�: inercia del área respecto al CM del soporte lateral(� ��)

��: masa del área (�� )

P�: distancia del área respecto al CM de la montante vertical ( �)

La inercia total del montante está compuesto por las inercias de todo las partes por las que está conformada.

Datos obtenidos con la ayuda de tablas con catálogos de anexos25

SR = 2S� + S}� + S}� + S}! + S}? + S}`

Utilizando Steiner respecto del eje del motor.

S� = SR + �R ∗ P� (2.27)

S� = 146 (� ��) �T = 149 (� �)

Dónde : S�: Momento de inercia respecto del eje del motor (� ��)

SR: Momento de inercia del soporte travesaño (� ��)

�R: masa del travesaño (�� )

P: distancia del travesaño al eje del motor ( �)

�T: Momento angular


60

2.4.3 Diseño de mesa

La mesa es el elemento de la cizalladora que no tiene un movimiento que

produce el corte de la chapa de acero en la parte inferior de la misma, sosteniendo

a la cuchilla inferior.

Figura 2.16 Mesa de cizalladora


Antes de comenzar a trabajar con la cortadora, es necesario realizar una

operación de calibrado o ajuste que asegure que el corte de las chapas se realiza

de forma perpendicular a la escuadra de la zona de alimentación.

61

Figura 2.17 Escuadrado de la cortadora


Tope o escuadra: esta pieza establece un tope, formando un ángulo recto

perfecto con la cuchilla, a modo de escuadra. Antes de comenzar un trabajo

debemos asegurarnos que el corte se realiza exactamente formando 90º con este

tope. Se realiza el corte de la chapa apoyándola a este tope, se mide el ángulo

obtenido en el corte y se corrige el tope si es necesario.

Figura 2.18 Zona de alimentación

Fuente: tecnología mecánica.com/corte

2.4.3.1 Barra de protección La barra de protección debe estar bajada antes de comenzar un trabajo. Cuando la barra está levantada la máquina no realiza los cortes.

62

Figura 2.19 Barra de protección (Izquierda-bajada, derecha-subida)


2.4.3.2 Determinar de la Potencia Máxima disponible

Se establece que la potencia máxima disponible es la sumatoria de la potencia de arranque para las masas y la potencia necesaria de corte.

HNTr = �� (2.28)

Dónde : �T: Potencia de arranque para las masas (��)

�}: Potencia necesaria para el corte (kW)

�: Rendiminento

� = �� N (2.29)

� = 67

Dónde : �N: Rendiminento de motor 86

Para la potencia de arranque de las masas se tiene:

�T = �� + �� + �R + �\ + ��

Para la potencia de corte se tiene, determinación del esfuerzo máximo en la chapa

�� = �� ∗ �S

�� = � ∗ � => �� = 4.9I10a(� �)

S = 2� ∗ �!12 => S = 3.6I10! (�4)

63

Por lo tanto el esfuerzo máximo es:

�� = 4.09I10` (H�)

Dónde : ��: Momento flexiónante (� �)

c: Distancia del eje neutro al esfuerzo máximo (m)

l: Momento de inercia (�?) b: ancho de perfil a cortar (m)

t: Espesor de la chapa a cortar (m)

��: Esfuerzo flexiónante máximo (H�)

Se determina la energía de deformación para la chapa

� = ��v �� + ��!� − 2� ∗ (��!)� => � = 1.02I106(H�) (2.30)26

Dónde : ��: Esfuerzo flexiónante de tracción (H�) ��!: Esfuerzo flexiónante de compresión (H�)

E: Módulo de elasticidad del acero 206(GPa)

v: Relación de la poisson para acero

U: Energía de deformación

Expresando esta energía como trabajo tenemos:

� = 10.2 ∗ 10!(�� )

�} = t� => �} = 4.3(��) (2.31)

Dónde : W: Trabajo necesario para cortar la chapa (� �)

t: Tiempo de corte (s)


64

2.5 Diseño de Elementos

2.5.1 Cálculo y Diseño del Sistema Trancha y sus Elementos

2.5.1.1 Cálculo de los Pernos de Sujeción de la cuchilla en la Trancha

Se utilizara pernos Grado 8.8. Se adopta 10 pernos

~ = �xhk}b} ≤ 5 ER�

P = � 4 �xh� k} 5 ER� => P = 13 ∗ 10! (�)

Asumiendo d=16 mm


�x: Fuerza aplicada (��)


Determinación del factor de seguridad de los pernos

~ = 248(�H�)

� = ER�~ > 4 => � = 1.31

Para cumplir el factor de seguridad deseado determinar el número de pernos

� = 4 = ER�~ ~ = 81(�H�) => ~ = 8 = �xh

k}b}

k} = 30 �AWU#$ Por lo tanto se obtiene: ~ = 83(�H�)



E�: Resistencia de fluencia 250(�H�)


65


La fuerza de precarga es: �� = 75 b� �� = 6.4 ∗ 10!(��)




J = � P�� => J = 20.5 ∗ 10!(�� )

Dónde : J: Torque máximo(�� )

k: Coeficiente de perno galvanizado 2

P: Diámetro del perno (��)

2.5.2 Cálculo y Diseño del sistema mesa y sus elementos

Figura 2.20 mesa con elementos

27 Tabla 8-1 J.Shigley

66


2.5.2.1 Cálculo de las dimensiones de la Mesa Inferior de la sección media

b = � ∗ �

b� = 0.64�� = b!

b� = 0.48�� = b?

Para la sección de b`, está formada por hojas de chapa de acero de espesor 25.4 mm, por lo tanto para determinar el número de hojas se tiene:

k = g`gh => k = 5.91 ≈ 6 ℎ#��$ Dónde : gh: Peso de la masa inferior 34.2 ∗ 10!(�� )

g`: Peso de la sección media 5.7 ∗ 10 !(�� )

k: Número de hojas

Adoptamos que la masa inferior de sección de área estará compuesta de 6 hojas de chapas de acero de las siguientes dimensiones.

Dimensiones por tablas de catálogos de Anexos.

b: Largo de la chapa 3 (�)

h: Alto de la chapa 0.9 (�)

e: Espesor de la chapa 0.025 (�)

a: Ancho total de la masa inferior de sección 0.15 (�)

2.5.2.2 Cálculo del número de Pernos a utilizar para la unión de chapas

Figura 2.21 Perfil

67


Para asegurar la resistencia de la trancha debido a momentos flexionantes se determina su deformación máxima, y pernos de Grado 8.8

�xh = �x + g�

~ = �xhk}b} ≤ 5 ER�

P = � 4 �xh� k} 5 ER� => P = 19 ∗ 10!( �)



�xh: Fuerza aplicada (��)


Determinación del factor de seguridad de los pernos utilizando la ecuación anterior parte homologa a la inferior

~ = 333(�H�)

� = ER�~ > 4


� = 4 = ER�~ ; ~ = 81 (�H�) = �xhk}b}

k} = 243 �AWU#$ Se asume 25 pernos, por lo tanto se obtiene:

~ = 74 (�H�)

� = 4.3




68

E�: Resistencia de fluencia 250(MPa)

~: Esfuerzo cortante (MPa)

La fuerza de precarga es: �� = 75 b� E�

�� = 9.9 ∗ 10! (��)

Dónde : b�: Área de esfuerzo de tensión 0.2 (��)



J = � P�� J = 39 ∗ 10!(�� )

Dónde : J: Torque máximo(�� )



2.5.2.3 Cálculo de los Pernos de Sujeción a utilizar para la unión de la sección media

�xh = �x + g�

�xhh = �xhk

�xhh = 10.2 ∗ 103 | (��)

�xhh = 15.4 ∗ 103 (��)

Dónde : �xh: Fuerza aplicada (��)

�xhh: Fuerza ejercida por la chapa (��)

z: Número de cortes en la chapas

|: Factor de mayoración 1.5

Se utilizan pernos Grado 8.8, se adopta k} = 10 pernos

~ = �xhhk}b} ≤ 5 ER� , P = � 4 �xhh

� k} 5 ER� => P = 7.8 ∗ 10! (�)

69




E�: Resistencia de fluencia 250(�H�)


~ = �xhk}b} ≤ 5 ER�

~ = 199 (�H�) ≤ 5 ER�

� = ER�~ > 4 => � = 1.63


� = 4 = ER�~ ~ = 81(�H�) = �xh

k}b} , k} = 24.52 �AWU#$ Se asume 25 pernos.

2.5.3 Cálculo de Diseño del travesaño y sus elementos

Figura 2.22 montante vertical y travesaño


70

2.5.3.1 Cálculo de la unión Travesaño con la Trancha

La fuerza ejercida por la móntate es:

�\ = �x + g� �\ = 51.3 ∗ 10! (��)

Dónde : �x: Fuerza de corte (��) g�: Peso de la trancha (��)

�\: Fuerza aplicada (��)

Determinación de la carga cortante primaria directa

�h = �\4 k}

�h = 2.1 ∗ 10!(��)

Determinación de la carga cortante secundaria debido a torsión:

�hh = �� *9 �99 �<9 �u9 ��9 � 9 (2.32)

�� = y¡? ∗ ¢ (2.33)

�� = 1.28 ∗ 10a (�� )

�hh = 2.1 ∗ 10! (��)

La carga resultante cortante es: �� = √�h� + �hh�

�� = 3.05 ∗ 10!(��)

2.5.3.2 Determinación del Factor de Seguridad del travesaño

Figura 2.23 Viga cajón travesaño

71


Determinación de las reacciones

� �r = 0

� − ��h − ��h − ��h − ��h = 0

� = 21 ∗ 10!(��)

� �� = 0

�x − �� − �� − �� + �� = 0

� �Z = 0

�� ∗ (I� + I�) + �� ∗ (I� − I�) + �� ∗ (I� − I�) − �x ∗ (I� − I�) = 0

�� = �x ∗ (I� − I�)−�� ∗ (I� − I�) − �� ∗ (I� + I�)(I� − I�)

�� = 62.8 ∗ 10!(��)

�� = �� + �� + ��−�x

�� = 17.6 ∗ 10!(��)

Dónde : �x: Fuerza de corte 5.45 (MPa)

��: reacción de la trancha (kg)

��: reacción de la mesa (kg)

F: Longitud total 3 (m)

72

��: peso de la tracha 260(kg)

��: peso del travesaño 264 (kg)

��: distancia de la reacion de mesa 154 (kg)

��: distancia del peso de la tracha 2.03 (m)

��: distancia del travesaño 0.62 (m)

��: distancia de la reacción del rodillo 0.18 (m)

Determinación de los diagramas de carga y momentos flectores

Tramo 1: � �� = 0

D� + �x − �� = 0

D� = −46.8 ∗ 10! (��)

� �� = 0

�� + �� ∗ (I. − �) − �x ∗ (I. − �) = 0

� = F − I� Si x es 0 tenemos: �� = �x ∗ (−F + I�) − ��(−F + I�)

�� = −2.3 ∗ 10a(�� )

Si x es F + I� tenemos: �� = �x ∗ (I� − I�) − ��(I� − I�)

�� = 22 ∗ 10a(�� )

Tramo 2 ∑ �� = 0

D� + �x − �� − �� = 0

D� = 16 ∗ 10!(��)

� �� = 0

�� + �� ∗ (I. − �) − �x ∗ (I. − �) + ��(I − �) = 0

� = F − I�

Si x es F + I� tenemos:

�� = �x ∗ (I� − I�) − ��(I� − I�) + ��(I� − I�)

73

�� = 77 ∗ 10a(�� )

Tramo 3 ∑ ��! = 0

D! + �x − �� − �� − �� = 0

D! = −17.6 ∗ 10! (��)

� �! = 0

�! + �� ∗ (I. − �) − �x ∗ (I. − �) + ��(I − �) + ��(I − �) = 0

� = F − I�

Si x es F + I� tenemos:

�! = �x ∗ (I� − I�) − ��(I� − I�) − ��(I� − I�) − ��(I� − I�)

�! = −50.3 ∗ 10! (�� )

Si x es F tenemos:

�? = �x ∗ (I�) − ��(I�) − ��(I�) − ��(I�) + ��(I�)

�? = −50.3 ∗ 10! (�� )

Figura 2.24 Carga ejercidas a lo largo del travesaño


-50000

-40000

-30000

-20000

-10000

0

10000

20000

0 500 1000 1500 2000 2500

Carg

a (k

g)

Distancia (mm)

Diagrama de carga

Series1

74

Figura 2.25 Momentos ejercidos a lo largo del travesaño


Se determina el momento de inercia dónde se obtiene el mayor momento

flexiónate. Cuando la distancia es de 50 mm tenemos una altura de 488 mm

S{ = �¤∗¥<�� + 2 &T∗¤<

�� + � ∗ A ∗ ��> (2.34)

¦ = S{�

¦ = 1.67 ∗ 10!

Se determina el factor se seguridad debido a la mayor carga dinámica en la

viga cajón aplicando la ecuación de Goodman modificada.

§��¨ + §��©ª = �� (2.35)

�� = 22.6 ∗ 10a (�� )

�« = −2.3 ∗ 10a (�� )

�T = �� − �«2

�T = 12.4 ∗ 10a

�N = �� + �«2

-5000000

0

5000000

10000000

15000000

20000000

25000000

0 500 1000 1500 2000 2500

mom

ento

s(kg

mm

)

Distancia (mm)

Diagrama de momentos

Series1

75

�N = 10.1 ∗ 10a

�T = �T¦

�T = 75(�H�)

�N = �N¦ , �� = 61(�H�)

Determinación de los factores de modificación para el límite de fatiga. Tomando un acero AISI 1040

E¬� = 113(��$) ; 11(�H�)

E¤ = 86(��$) ; 8.4 ((�H�)

Tomando en cuenta que el límite de fatiga de probeta es:

E¤h = 0.5 E¬� (2.36)

E¤h = 350 (�H�)

Utilizando la ecuación de modificación de acabado superficial para el acero maquilado o laminado en frio se tiene.

�T = � ∗ E¬�� (2.37)

�T = 763

Teniendo: � = 2.67 (�)

� = −2.65 (�)

Para el factor de tamaño se obtiene mediante la siguiente ecuación:

�� = & ®¨¯.a�>%��!! (2.38)

P¤ = 808(� ∗ ℎ)��

P¤ = 0.18 (�)

�� = 697

Dónde : P¤: Diámetro equivalente (m)

�: Ancho del travesaño (m)

ℎ: Altura del travesaño (m)

76

Para el factor de carga debido a que el soporte está sometido a cargas flexiónantes se tiene:

�x = 1

Debido a que no está expuesto a altas temperaturas, por lo tanto se toma un factor de:

�® = 1

Debido a que el soporte tiene una perforación se determina el factor de concentraciones de esfuerzos.

�¤ = 1��

�� = ±(�� − 1) + 1 (2.39)

El acero seleccionado tiene una sensibilidad a la ranura de 5

Utilizando las gráficas E 15-2 de libro J. Shigley se determina �� Pg = 3 ; Pℎ = 75

Dónde : P: Diámetro de la perforación del travesaño (m)

g: Altura del soporte (m)

ℎ: Espesor del soporte (m)

Por tanto obtenemos un �� de 2, reemplazando en la ecuación se obtienen:

�� = 1.5 �¤ = 67

Todos los factores obtenidos se reemplazan en la siguiente ecuación:

E¤ = �T �� x �® �¤ E¤h (2.40)

E¤ = 12.3 ∗ 10! (�� )

Reemplazando y despejando N en la ecuación de Goodman modificada se obtiene:

� = 2.18

2.5.3.3 Cálculo y Diseño del sistema soporte lateral inferior y sus elementos

El sistema se asemeja al siguiente esquema

Figura 2.26 soportes aplicados a lo largo del soporte

77


El sistema es Hiperestático por lo tanto lo resolvemos por superposición,

utilizando la configuración de la tabla de anexos Timoshenko.

Por estática se resuelve el empotramiento.

� �I = 0

� − �� tan ´ = 0

� = 16 ∗ 10! (��)

� �� = 0

D + � − �x − �� − �� − �� = 0

D = 10.5 ∗ 10! (��)

� �Z = 0

� + �x + �� ∗ � + �� ∗ � +. �� ∗ P − � ∗ A = 0

� = −14.6 ∗ 10a

Determinación de los diagramas de carga y momentos flectores

Tramo 1: ∑ �� = 0 ; D� + D − �x = 0

D� = −0.5 ∗ 10! (��)

78

� �� = 0 ; �� − �x + �� ∗ I − D ∗ I = 0 Si x es 0 tenemos: �� = 3.8 ∗ 10a (�� )

Si x es b tenemos: �� = 3.8 ∗ 10a (�� )

Tramo 2:

� �� = 0 ; D� + D − �x − �� = 0

D� = 9 ∗ 10! (��)

� �� = 0 ; �� − �x + �� ∗ I − D ∗ I + �� ∗ (I − �) = 0 Si x es c tenemos: �� = 15.3 ∗ 10a(�� )

Tramo 3: ∑ �� = 0 ; D! + D − �x − �� − �F = 0

D! = 9.2 ∗ 10!(��)

� �! = 0 ; �! − �x + �x ∗ I − D ∗ I + �� ∗ (I − �) + �� ∗ (I − �) = 0 Si x es e tenemos: �! = 9.3 ∗ 10a (�� )

Tramo 4: ∑ �� = 0 ; D? + D − �x − �� − �� + � = 0

D? = −17.6 ∗ 10a (��)

� �? = 0 �? − �x + �x ∗ I − D ∗ I + �� ∗ (I − �) + �� ∗ (I − �) − �(I − A) = 0

Si x es d tenemos: �? = 14.4 ∗ 10a(�� )

Se determina el momento de inercia dónde se obtiene el mayor momento

flexiónate. Cuando la distancia es de 300 mm tenemos una altura de 504 mm

S{ = �¤∗¥<�� + 2 &T∗¤<

�� + � ∗ A ∗ ��>

S{ = 4.3 ∗ 10O

¦ = S{� ; ¦ = 1.7 ∗ 10a

79

Figura 2.27 Cargas aplicadas a lo largo del soporte


Figura 2.28 Momentos aplicados a lo largo del soporte


-25000

-20000

-15000

-10000

-5000

0

5000

10000

15000

0 500 1000 1500 2000

Carg

a (k

g)

Distancia (mm)

Diagrama de carga

Series1

0

5000000

10000000

15000000

20000000

25000000

0 500 1000 1500 2000

Mom

ento

s (kg

mm

)

Distancia (mm)

Diagrama de momentos

Series1

80

Se determina el factor se seguridad debido a la mayor carga dinámica de Goodman modificada.

�TE¤ + �NE¬� = 1�

�� = 20 ∗ 10a (�� )

�« = 3.8 ∗ 10a (�� )

�T = �� − �«2 ; �T = 8.09 ∗ 10a(�� )

�N = �� + �«2 ; �N = 11.9 ∗ 10a(�� )

�T = �T¦ ; �T = 46(�H�)

�N = �N¦ ; �N = 68(�H�)

Determinación de los factores de modificación para el límite de fatiga. Tomando un acero AISI 1040 E¬� = 80 (�H�)

E¤ = 65 (�H�)

Tomando en cuenta que el límite de fatiga de probeta es:

E¤h = 504 E¬� E¤h = 432 (�H�)

Utilizando la ecuación de modificación de acabado superficial para el acero maquilado o laminado en frio se tiene.

�T = � ∗ E¬��

�T = 0.76

Teniendo: � = 0.026 (�)

� = −0.026(�)

Para el factor de tamaño se obtiene mediante la siguiente ecuación:

�� = µ P¤7.62¶%��!!

81

P¤ = 808(� ∗ ℎ)��

P¤ = 0.07 (�)

�� = 1.59

Dónde : P¤: Diámetro equivalente (m)

�: Ancho del soporte lateral superior (m)

ℎ: Altura del soporte lateral superior (m)

Para el factor de carga debido a que el soporte está sometido a cargas flexiónantes se tiene:

�x = 1

Debido a que no está expuesto a altas temperaturas:

�® = 1

Debido a que el soporte tiene una perforación se determina el factor de concentraciones de esfuerzos.

�¤ = 1��

�� = ±(�� − 1) + 1

El acero seleccionado tiene una sensibilidad a la ranura de 5

Utilizando las gráficas E 15-2 de libro J. Shigley se determina �� Pg = 8 ; Pℎ = 2

Dónde : P: Diámetro de la perforación del soporte lateral superior (m)

g: Altura del soporte (m)

ℎ: Espesor del soporte (m)

Por tanto obtenemos un �� de 2, reemplazando en la ecuación se obtienen:

�� = 1.5 , �¤ = 67

Todos los factores obtenidos se reemplazan en la siguiente ecuación:

82

E¤ = �T �� x �® �¤ E¤h E¤ = 12.3 ∗ 10! (�� )

Reemplazando y despejando N en la ecuación de Goodman modificada se obtiene:

� = 2.18

2.5.3.4 Determinación del Factor de Seguridad en la soldadura

Debido a la flexión tenemos un esfuerzo máximo en la placa superior e inferior de nuestro soporte lateral inferior, por lo tanto:

Aplicando la ecuación de Goodman modificada

�TE¤ + �NE¬� = 1�R

Dónde para soldadura a tope o filete se tiene:

�T ≤ 0.33 E¬� 4.61 ≤ 26.4

2.5.3.5 Cálculo del número de pernos a utilizar para la unión con la masa inferior

La fuerza ejercida en el soporte lateral es:

�\ = �x + �� + �\ �\ = 85.6 ∗ 10!(��)

Dónde : �x: Fuerza de corte(kg)

��: Peso de la trancha(kg)

�\: Peso de la masa inferior (kg)

�\: Fuesza aplicada (kg)

83

Figura 2.29 Perfil L, disposición de pernos


Determinación de la carga cortante primaria directa

Adoptamos k} = 6 pernos

�h = �\4k}

�h = 3.5 ∗ 10! (��)

Determinación de la carga cortante secundaria debido a torsión:

�hh = �� WNTrW�� + W�� + W!� + W?� + W� + Wa�

�� = �\4 ∗ ¢

�� = 2.14 ∗ 10a(�� )

�hh = 3.6 ∗ 10!(��)

La carga resultante cortante es: �� = √�h� + �hh�

�� = 5.07 ∗ 10! (��)

Se utiliza pernos Grado 8.8, adoptamos k} = 6 pernos

~ = ��k} b· ≤ 5 ER�

P = � 4 �� k}5 ER� ; P = 5.81 ∗ 10%!(�)

Elegimos d=10 mm


84


E�: Resistencia de fluencia 250 (�H�)


~ = ��k}b} ≤ 5 ER�

~ = 76 (�H�) ≤ 5 ER�

� = ER�~ > 4 ; � = 4.26





La fuerza de precarga es: �� = 75 b� E}

�� = 3.4 ∗ 10!(��)


E}: Resistencia de prueba 85 E�(�H�)


J = � P�� J = 4.7 ∗ 10!(�� )

Dónde : J: Torque máximo (�� )



2.5.3.6 Determinación del Espesor del Cuchilla

Figura 2.30 Cuchilla de cizalla

85


Para calcular el espesor de la cuchilla que está sujeto a un momento flector, se asemeja a una viga en voladizo.

Tomando un acero para la cuchilla 51 CrMoV 4 de 227 (kpsi), 22.3 (MPa)

�N = �¸/� S ≤ 22.3(MPa)

S = � ∗ A!12

Despejando el espesor tenemos:

A� = 6�22.2 �

Dónde � = y»¼� ∗ I� ; � = 69.6 ∗ 10a(�� )

Entonces A = 0.19(�)

86

2.5.4 Sistema Regulación del desplazamiento

2.5.4.1 Determinación de la rosca para el tope

Figura 2.31 Sistema de regulación longitudinal


Si adoptamos el diámetro de ½ pulg.

P = 0.13 (�)

El paso de la rosca será: H = 2(ℎQ#$/�½Q�)

H = 13012.7 ; H = 0.12(�)

El diámetro medio para la rosca será: PN = P − ·?

PN = 0.12(�)

El diámetro de raíz para la rosca será:

P� = P − H2 ; P� = 0.12(�)

Dónde : H: Paso (�)

d: Diámetro mayor de la rosca (�)

PN: Diámetro medio de la rosca (�)

P�: Diámetro de raíz de la rosca (�)

87

El avance será: F = U ∗ H

Para nuestro caso la rosca será simple por lo tanto n = 2

Dónde : F: Avance (�)

H: Paso (�)

U: Nro. De roscas

El ángulo de avance será: tan ¾ = �Y ®�

Dónde : F: Avance (�)

PN: Diámetro medio para la rosca (m)

¾: Angulo de avance (�)

Entonces el avance es ¾ = 4°<6° (auto bloqueante)

La profundidad es:

ℎ = H2 ; ℎ = 6.3 ∗ 10%!(�)

El esfuerzo por aplastamiento es la rosca es:

� = 4��P(P� − P��)H

Dónde : �: Esfuerzo de aplastamiento (MPa)

�: Fuerza máxima (kg)

P: Diámetro mayor (m)

ℎ: Profundidad (m)

P�. : Diámetro de raíz o menor (m)

H: Paso (�)

� = 47(MPa)

El valor de la tensión máxima es: �T®N� = �� + 3~�

Dónde : �T®N. : Esfuerzo máximo (MPa)

�: Esfuerzo de aplastamiento (MPa)

~: Esfuerzo cortante (MPa)

88

�T®N. = 52.3(MPa)

Adoptando un Bronce fosforado para el material del cilindro roscado. El coeficiente de seguridad a que se está analizando roscas es de n = 3.Por lo tanto el esfuerzo admisible es:

�T®N. = E¬�U

�T®N. = 120(MPa)

Dónde : U: Coeficiente de seguridad

E¬�: Resistencia del Bronce 30(MPa)

2.5.4.2 Profundidad de corte

Regulación de la distancia hasta el tope de “ala” o tope trasero: distancia

desde el extremo de los topes hasta el centro de la matriz o el centro del punzón. Su

funcionamiento sirve para determinar la medida entre el centro del punzón y final de

material o entre cortes (ala de corte), (Fig.2.32).

Figura 2.32 Detalle del tope trasero y esquema de distancias

Fuente: http://1.bp.blogspot.com/_mNXiYJWfQ6M/S8zLLiNs

Es el parámetro más importante para conseguir un corte correcto. Si la

profundidad es excesiva puede producirse el aplastamiento de la chapa por el

punzón y el deterioro de la matriz y punzón, si es deficiente no se obtendrá el ángulo

deseado. Puede regularse, (Fig.2.34). Se precisa un ajuste fino de este parámetro

mediante el mando manual situado en el lateral derecho de la cizalladora.

89

2.6 Sistema Oleo hidráulico

2.6.1 Leyes Físicas aplicadas a la hidráulica

2.6.1.1 Ecuación de continuidad

Es la expresión matemática del hecho que el ritmo neto de flujo de masa hacia

el interior, a través de cualquier superficie cerrada, es igual al ritmo al que aumenta

la masa dentro de la superficie.

b� ∗ DAQ � = b� ∗ DAQ � = ��A. 2.6.1.2 Ecuación de Bernoulli

En un sistema con caudal constante, la energía que se transforma de una

forma a otra cada vez que se modifica el área de sección transversal de la tubería.

Es decir, la suma de la energía cinética, potencial y de presión, en distintos puntos

del sistema deber ser constante.

�¿¤�À = (H� − H�) ∗ ∆D

H�] + �� + DAQ ��2� = H�] + �� + DAQ ��2�

2.6.1.3 Numero de Reynolds

Cuando la velocidad de un fluido que circula por una tubería excede cierto

valor crítico, la naturaleza de fluido se vuelve muy complicada. Existe una

combinación de 4 factores (densidad, velocidad, diámetro y viscosidad), que

determina si el flujo de un fluido a través de un tubería es laminar o turbulento.

�A = | ∗ � ∗ ÂÃ = � ∗ Â�

2.6.1.4 Ley de Poiseville

La velocidad de un fluido viscoso que circula por un tubo no es la misma en

todos los puntos de una sección transversal. La capa externa se adhiere a las

paredes del tubo, y su velocidad es nula. Siempre que el movimiento no sean tan

rápido y el flujo sea laminar, la velocidad será máxima en el centro del tubo y

disminuirá hasta anularse en la paredes del tubo.

90

�¿¤�T = (H� − H�) ∗ � ∗ W�

DAQ = (H� − H�) ∗ ��4 ∗ Ã ∗ F

2.6.1.5 Ecuación general de pérdidas primarias de Danci - Weibach

Para tuberías de diámetro constante:

ÄW� = Å ∗ FÂ ∗ DAQ�2�

La teoría predice y la experiencia confirma que para Re<2300 siempre es válida,

mientras que si Re>2300 solo es válida si el flujo sigue siendo laminar.

Å = 64�A

2.6.2 Fuerza del émbolo

La fuerza ejercida por un elemento de trabajo depende principalmente de la

presión del aire, del diámetro del cilindro y del rozamiento de las juntas. La fuerza

teórica del émbolo se calcula con la siguiente fórmula:

�� = H ∗ b

Dónde: ��: Fuerza teórica del vástago en (Kgf).

P: Presión relativa en (Kgf/cm2)

2.6.2.1 Cálculo de fuerza de accionamiento

Para que el cálculo de la fuerza fuera exacto se deberá tener en cuenta los

rozamientos de la aplicación y un factor de carga de 1.4 (permitiendo de este modo

que el cilindro no trabaje al 100% de su capacidad).

� WA�Q = � �A#W�� ∗ WAUP�AU�# ∗ ��# PA ��W��

�� = �� ∗ � ∗ �x

Se toma en cuenta los cálculos realizados en el punto 2.4.1.5 Análisis dinámico de

corte, Pág. 47, se tiene una fuerza de corte de:

91

�� = 346(��)

�� = �� ∗ � ∗ �x = 346I10! ∗ 0.9 ∗ 1.4

ÆÇ = ÈÉÊ (ËÌ)

2.6.2.2 Área de un pistón

El Área de un pistón de calcula con la siguiente formula.

b = � ∗ Â�4

2.6.2.3 Vástago

Obtenido de acero F-114 rectificado y cromado con una tolerancia de acabado

de f-7 y un espesor de cromo de 2.5 micras. Bajo demanda se puede suministrar en

acero inoxidable, con más capas de cromo, etc.

2.6.2.4 Rendimiento

El valor real de funcionamiento es menor debido a las fuerzas de rozamiento,

lo que es variable según la lubricación, presión de trabajo, forma de guarniciones.

Esta disminución del cilindro, estimado en un 90%.

�� = � ∗ � = 10 ∗ �4 ∗ � ∗ P� ∗ � ; � = 0.9

2.6.2.5 Eleccion del cilindro doble efecto

Reemplazado con la fuerza hallada en el punto anterior, y tomando el área

del cilindro con la ayuda del catálogo se tiene:

b = Y∗Í9? = Y∗(�ZZ NN)9

? = 31.4I10!(��) = 0.031(��) H = �Wb = 436 I10!(�) 0.031(��)

H = 14.06 I10a (H�)

Realizando la correspondiente conversión de unidades, se tiene: 142 (Bar), con lo

cual podemos hallar en valor más cercano en el catálogo que es 70(Bar), por se

92

utilizara 2 cilindros doble efecto que suman 140(Bar) y nos dan un margen de

seguridad (Fig.2.33).

Fuente: BoschRexrothAG.com/productos

Tabla 2.5 Especificaciones del cilindro

Marca Modelo Presión de servicio (Bar)

Pistón (mm) Vástago (mm)

Velocidad de carrera (m/s)

Bosh Rexroth AG

AZP-CD-70

70 200 140 0.5


2.6.2.6 Forma de sujeción

Los cilindros recientemente seleccionados se sujetaran al travesaño de forma SE y

el vástago en la trancha, como se muestra en la (Fig. 2.34).

Figura 2.33 Cilindro doble efecto

93

Figura 2.34 forma de sujeción al travesaño


2.6.2.7 Cálculo de fuerza de retroceso

La fuerza de retroceso en los mismos cilindros doble efecto se cálcula de la

siguiente forma, tomando en cuenta que la presión de trabajo del cilindro es de

70Bar, que equivale a 6.86 (MPa)

��¤� = H ∗ �4 ∗ (Â� − P�) ∗ � ∗ ��

��¤� = 6.86 I10a(H�) ∗ �4 ∗ (0.20� − 0.14�) �� ∗ 0.9 ∗ 1.4

��¤� = 138 (��)

Fuerza que es tranquilamente supera, para retornar el cilindro a su posición inicial.

2.6.3 Bomba oleo hidráulica

Su función consiste en transformar la energía mecánica en energía hidráulica,

impulsando el fluido hidráulico en el sistema.

Las bombas se clasifican generalmente por su presión máxima de

funcionamiento y por su caudal de salida (l/min) a una velocidad de rotación

determinada. El desplazamiento generado es igual al volumen de la cámara de

bombeo multiplicado por el número de cámaras que pasan por el orificio de salida

durante una revolución de la bomba (cm3/rev.)

2.6.3.1 Caudal requerido y velocidad desarrollada

Î�½P�Q (Ï) = DAQ#�P�P(D) ∗ bWA�(b) => Ï = D ∗ b

94

Ï�¤T\ = D ∗ b = D ∗ � ∗ Â�4 = 0.2 &NR > ∗ � ∗ (0.2�)�

4

Ï�¤T\ = 6.28 I10%! (�!/$)

2.6.3.2 Bomba hidrostática (o de desplazamiento positivo)

Suministran una cantidad determinada de fluido en cada carrera, revolución o

ciclo, en el presente proyecto se utilizara la bomba hidrostática de engranes externos

por que las bombas de engranaje tienen una eficiencia volumétrica aproximada de

85 a 96%.Su desplazamiento exceptuando las perdidas por fugas es independiente

de la presión de salida, lo que las hace muy adecuadas para transmisión de potencia.

2.6.3.3 Caudal teórico

El caudal que la bomba debería entregar, si no tuviese fugas internas a

determinada velocidad de giro. Para poder compararlo con el caudal real se debe

expresar a la misma velocidad de giro.

Ï�¤À��xÀ = PA$�Q�k��AU�# &N<�¤M> ∗ DPA �W#1000

Ï�¤À��xÀ = � ∗ (0.2 �)�4 ∗ 0.15 � ∗ 1400 (WA�/$)1000

Ï�¤À��xÀ = 6.59 I10%! (�!/$) 2.6.3.4 Caudal real

Es el caudal realmente otorgado por una bomba funcionando a determinado

número de rpm con un fluido y presión también determinados.

Ï�¤T\ < Ï�¤À��xÀ

6.28 I10%! < 6.59 I10%! 2.6.3.5 Rendimiento volumétrico

�AUP�AU�# �#Q½�A�W�# = Î�½P�Q WA�QÎ�½P�Q �A#W�# ∗ 100

95

�AUP�AU�# �#Q½�A�W�# = 6.28 I10%!6.59 I10%! ∗ 100

�AUP�AU�# �#Q½�A�W�# = 95.3 %

2.6.3.6 Calculo del caudal avance y retroceso

Para el avance del vástago tenemos la siguiente ecuación.

Dónde: Q : caudal en (L/min)

D: diámetro del pistón en (cm)

d: diámetro del vástago en (cm)

v: velocidad del vástago en (m/s)

Avance ÏT = 1.5 ∗ � ∗ Â� ∗ �

ÏT = 1.5 ∗ � ∗ (20 ��)� ∗ &0.2 �$ > = 37 (L/min)

Retroceso Ï� = 1.5 ∗ � ∗ (Â� − P�) ∗ �

ÏT = 1.5 ∗ � ∗ [(20 ��)� − (14��)�] ∗ &0.2 �$ > = 19 (L/min)

2.6.3.7 Potencia hidráulica

H#�AU�� (�) = HWA$#U (H�) ∗ Î�½P�Q (�!/$)

H#�AU�� (�) = 14.1 I10!(H�) ∗ 6.28 I10%!(�!/$)

H#�AU�� = 6 381(�)

H#�AU�� = 6.4 (��)

2.6.3.8 Potencia mecánica

Es la potencia necesaria para hacer funcionar la bomba en determinadas

condiciones de caudal, presión y con el fluido hidráulico determinado.

Teniendo en cuenta que las fugas volumétricas de la bomba consumen

potencia y la fricción en los elementos mecánicos de la bomba también lo hacen.

HN¤x > H¥�®�

96

2.6.3.9 Bomba de engranes externos

La bomba de engranes externos con presiones de trabajo de hasta (3600 psi),

(250 Bar), (24.8 MPa) Cuando giran los engranajes de la bomba, se genera succión

en el orificio de entrada de la bomba (Fig. 2.35).

Figura 2.35 bomba de engranes exteriores

Fuente: http://www.aspectos generales de bombas.html

La estanqueizacion interna de las cámaras de presión tiene lugar con fuerzas

dependiendo de la presión de impulsión. De esto resulta un rendimiento óptimo, en

la parte posterior los ejes de cojinetes móviles se someterán a la región de servicio

y se presionara contra las ruedas dentadas con efecto estanqueizante (Fig. 2.36).

Figura 2.36 partes de bomba de engranes


97

Figura 2.37 Diagrama de potencia para bombas de engranes externos


Figura 2.38 bomba de engranes Bosch Rexroth


Tabla 2.6 especificaciones de bomba

Marca modelo Presión de servicio (Bar)

Potencia (kW)

Cilindrada(cm3)

Masa (kg)

Bosh Rexroth AG

AZP-F-TN-8

280 6.01 8 2.9


98

Teniendo en cuenta que la fuerza de corte es de 5.47 (MPa) y recurriendo al

catálogo Bosch Rexroth AG. Se selecciona la bomba a engranajes con dentado

exterior Tipo AZP, Tamaño constructivo F-TN-5

2.6.4 Depósito y sistema hidráulico

Es un recipiente destinado a almacenar y recircular el aceite del circuito.

Cumpliendo las siguientes funciones: compensando posibles fugas leves, regulador

térmico, filtrando el aceite contra impurezas, des-emulsiona y des-airea el aceite

(Fig. 2.39).

Figura 2.39 esquematización de depósito hidráulico


Para el diseño o selección de un depósito como mínimo debe contener todo

el fluido del circuito y mantener un nivel que favorezca la circulación del fluido, la

refrigeración y su decantación. Se recomienda separar al máximo tuberías de

aspiración y descarga, para evitar la cavitación de la bomba; por lo general se

construyen el soporte de bomba, motor y otros componentes.

99

2.6.5 Tipos de sellos

Hay tres términos que se utilizan frecuentemente para describir los sellos del

cilindro: Los sellos dinámicos son los que se utilizan entre las superficies en las

cuales se produce movimiento. Los sellos estáticos se utilizan entre las superficies

dónde no hay movimiento. Los sellos de sobre medida se utilizan en los cilindros que

están rectificados (Fig. 2.40).

Figura 2.40 Sellos

`


2.6.6 Válvulas

Las válvulas son las que gobiernan los circuitos hidráulicos y básicamente son

de dos tipos: válvulas distribuidoras o direccionales que se encargan de distribuir el

aceite y válvulas reguladoras que se encargan de regular la presión y el caudal (Fig.

2.41).

Figura 2.41 Válvula limitadora de presión de acción manual

100


Tabla 2.7 Especificaciones de válvula limitadora

Marca Modelo Tamaño nominal

Versión Presión de servicio(Bar)

Caudal (l/min)

Bosh Rexroth AG

DBD-6 6 G 400 50


Figura 2.42 Servo válvula direccional de 3 etapas


Tabla 2.8 Especificaciones de válvula direccional

Marca modelo Presión de servicio(Bar)

Caudal (L/min)

Histéresis máxima

Bosh Rexroth AG

4WSE3EE-16

315 100 2%


101

2.6.7 Mangueras hidráulicas de alta presion

Se utiliza para el transporte de aceites minerales, hidráulicos, emulsiones de

agua y aceite. Resiste temperaturas entre -40° y +100° C máximo y en lapsos cortos

de hasta 125° C, (Fig. 2.43).

Figura 2.43 Manguera hidráulica de alta presión


Se selecciona la manguera de ½ pulg. Porque cumple con las condiciones establecidas por la bomba, cumple con la exigencia de su uso, en función a la presión de trabajo y en relación al caudal del fluido circulante además por ser una de las más comerciales dentro del mercado.

2.6.7.1 Consejos para una correcta utilización de las mangueras hidráulicas

Medición de la manguera armada, La longitud de la manguera debe ser medida como indica la (Fig. 2.44).

Figura 2.44 Medición de la manguera armada


102

Instalación de la manguera, Para obtener el máximo rendimiento y una larga duración de la manguera debe montarse del modo correcto. A continuación se muestran los casos más comunes (Fig. 2.45).

Figura 2.45 Instalación de la manguera


2.6.7.2 Accesorios, acoples y válvulas

Se nombraran los accesorios que se utilizar dentro del presente proyecto.

Figura 2.46 adaptador manguera, ambos extremos


103

Figura 2.47 hembra giratoria curva, macho asiento o-ring


Figura 2.48 Manómetro de glicerina, válvula anti retorno


104

2.6.8 Aceite para Sistemas Hidráulicos

Los sistemas hidráulicos se utilizan en innumerables aplicaciones industriales, sea como transmisores de fuerza o como elementos de control. La correcta elección del aceite a usar en un sistema hidráulico es muy importante para el buen funcionamiento del mismo, pues se obtendrá una más rápida aplicación de la carga, facilidad del control de la velocidad de aplicación de dicha carga y permitirá un rápido incremento o cambio de dirección de la fuerza.

Se enumerará a continuación las propiedades más importantes requeridas en un aceite hidráulico y la influencia que cada una de ellas tiene en la performance de estos sistemas.

2.6.8.1 Viscosidad

Es de suma importancia que el aceite posea la viscosidad apropiada a la temperatura de trabajo. Es conocido el hecho de que la viscosidad varía con la temperatura, determinando que un aceite sea menos viscoso cuando se lo calienta, espesándose cuando es enfriado. En primer lugar estos fluidos deben lubricar elementos móviles que usualmente están diseñados con tolerancias estrictas, por lo que el lubricante deberá poseer la viscosidad adecuada para este propósito. Además, el aceite necesita tener la suficiente viscosidad como para producir un cierre hermético.

2.6.8.2 Índice de Viscosidad

Asociado con la viscosidad está el índice de viscosidad (I.V.) que nos indica la mayor o menor variación de la viscosidad del aceite con los cambios de temperatura. A mayor I.V. menor variación de la viscosidad, con cambio de la temperatura. Por lo tanto, en todo sistema hidráulico con amplias variaciones de temperatura, se debe recurrir a aceites de alto I.V., de manera de mantener un rango de viscosidad óptimo a todas las temperaturas de operación.

2.6.8.3 Estabilidad a la oxidación

Comparable en importancia a la viscosidad, es la estabilidad a la oxidación del aceite. Esta propiedad da un índice de la resistencia del aceite a las deteriorizaciones químicas que se producen cuando se encuentra en presencia de aire, manifestándose generalmente en la formación de lodos perjudiciales.

A este respecto, algunos aceites tienen mayor resistencia al deterioro que otros, esta cualidad depende de la selección de la base lubricante, de los procesos de refinanciación y de la adición adecuada de inhibidores de oxidación.

105

Los daños causados por la oxidación pueden interferir seriamente en la performance de un sistema hidráulico, pues los productos generados pueden llegar a trabar el accionamiento normal de las válvulas y a taponar las líneas y filtros, siendo su reparación una operación engorrosa y costosa.

2.6.8.4 Punto de escurrimiento

Cuando la temperatura ambiente o la temperatura inicial es baja, se debe tener la seguridad de que el aceite fluirá y alimentará adecuadamente la succión de la bomba. El punto de escurrimiento de un aceite es la más baja temperatura a la cual escurre el mismo.

Prácticamente todos los aceites de petróleo tienen componentes parafínicos que son deseables desde el punto de vista del lubricante, pues aumentan el I.V. del aceite y su resistencia a la oxidación; sin embargo, a bajas temperaturas estos componentes tienden a cristalizarse, formando una malla que impide la circulación del aceite.

2.6.8.5 Demulsibilidad

El agua que pudiera estar presente en estos sistemas es producida por la condensación de la humedad ambiente. Si el aceite posee buenas características de demulsibilidad, éste resistirá la formación de emulsión con el agua, separándose rápidamente de la misma para permitir su drenado desde el fondo del depósito.

Debido al efecto corrosivo del agua sobre los metales, una buena demulsibilidad es una propiedad necesaria en los aceites para sistemas hidráulicos, permitiendo prolongar la vida útil del equipo.

2.6.8.6 Prevención contra la herrumbre

Es de desear que en todo momento no exista agua dentro del sistema hidráulico, pues aún bajo las condiciones más favorables, siempre existe la posibilidad de oxidación. El óxido formado puede producir incrustaciones en tuberías, provocando el taponamiento de las mismas o el dañado de las válvulas, además del rayado de las superficies en contacto.

Asimismo los vástagos de los émbolos están expuestos algunas veces directamente al aire y cualquier picado de sus superficies pulidas probablemente produzcan la rotura del empaquetado, con la consecuente pérdida de aceite. Por estas razones los fluidos hidráulicos deben contener inhibidores de herrumbre, de manera de otorgarle una protección adicional contra los efectos perjudiciales del agua.

106

2.6.8.7 Resistencia a la formación de espuma

En los fluidos hidráulicos, la espuma es el resultado de un batido excesivo del mismo en presencia de aire que se ha filtrado en el sistema.

Otra causa que puede ocasionar la formación de espuma, es una disposición incorrecta de la línea de retorno, como sería la descarga al depósito por encima del nivel de aceite. La espuma así formada puede interferir en el reciclado del aceite interrumpiendo el flujo uniforme a los mecanismos de operación hidráulicos, con la consiguiente pérdida de fuerza y efecto lubricante.

2.6.8.8 Filtración

Otro requisito a tener en cuenta en todo sistema hidráulico es proceder a una filtración adecuada, pues la contaminación del fluido con materiales abrasivos extraños, es la causa principal de fallas en las bombas.

2.6.8.9 Selección del aceite hidraulico

Dentro de la Hidráulica Industrial de tipo convencional la Serie HIDRÁULICO HM, bajo el concepto "Improved antiwear properties", satisface las exigencias de los Sistemas Hidrostáticos más modernos, que incorporan bombas de última generación de paletas y de pistones, que operan a muy alta presión y variación de temperaturas.

Es por estas razones de diseño que se selecciona: FUCHS MH 46 – CEPSA

Tabla 2.9 Características FUCHS MH 46 – CEPSA

Fuente:http://www.cepsa.com/stfls/CepsaCom/Lubricantes/ficheros/fichero s/pdf

107

2.6.9 Parámetros del circuito hidráulico

1. Se revisa los elementos del circuito electrohidráulico (en este caso dos cilindros de doble efecto gobernados por correspondientes válvulas 4/3 y reguladoras de caudal).

2. Se debe tener una idea general de la máquina o dispositivo a controlar, realizando un croquis de situación.

3. Los movimientos que deben realizar los cilindros, indicando temporizaciones del ciclo de trabajo se visualizar con diagrama de espacio-fase (Fig. 2.49).

Figura 2.49 Diagrama de movimientos


Diseñando el circuito electrohidráulico y su correspondiente sistema para

una cizalla. Se debe colocar una pieza la cual se sujeta por efecto de un cilindro A

y se doblara con efecto del cilindro B. El accionamiento del circuito es por el pulsador

(Star) y para iniciar la función deben estar los cilindros en su posición inicial (finales

de carrera A0 y B0 pulsados), (Fig. 2.50).

Se sabe que el accionamiento es por un pulsador y que cada cilindro

lleva finales de carrera que detectan si los cilindros están contraídos o extendidos,

y ahora se determina la cantidad de relés que se deben utilizar. Por medio de los

pasos que se dan en el diagrama espacio-fase tenemos que la señal entre 1

y 2 es una acción o sea que se activó con un relé, entre 2 y 3 se acciona otro relé

por la llegada del final de carrera A1, 3 y 4 ocurre la misma acción que en 2 y 3 solo

que la señal que recibida es del final de carrera B1 y entre 4 y 5 el último

108

relé que es accionado por el final de carrera B0 y para concluir el final de carrera

A0 sería una señal de que indica el fin del ciclo.

Figura 2.50 Salida en émbolos en secuencia


Este será el primer paso del circuito de circuito de control que se auto-retiene

por medio de su contacto asociado en la línea 2. (PASO 2 B+) En este paso se

realizará la activación de la bobina (Y3) para que se dé la salida del cilindro (B),

acción que la realiza el relee (K2) al recibir la señal de preparación (K1) y del final

de carrera (A1). Se debe prever un contacto normalmente cerrado que en el futuro

sirva para tumbar la autor retención de los relees (Fig. 2.51).

109

Figura 2.51 Activación del sistema ii


Nota: todo circuito que siga después del primer paso se deben preparar para

que cuando hayan señales del mismo final de carrera no se vuelvan a activar

indeseablemente.

Seguimos teniendo en cuenta que tanto el primer y el segundo relee

no se han desactivado. (PASO 3 B-) El diagrama de espacio-fase nos dice que

el cilindro B al finalizar la salida del mismo tiene que retornar de inmediato, puesto

que está gobernado por una válvula bi estable, está no puede activar los

solenoides (Y3 y Y4) de ambos lados de la válvula porque no conmutaría. Una vez

el cilindro (B) llega al final de su recorrido (Fig. 2.52).

110

Figura 2.52 Circuito de control eléctrico ii


Al regresar completamente el cilindro (A) y tocar al final de carrera A0, desactiva la línea de paso final (K4) y el circuito queda en su estado inicial, listo para comenzar un nuevo ciclo (Fig. 2.53).

Figura 2.53 Circuito electrohidráulico ii


111

Figura 2.54 Circuito de control eléctrico f


2.7 Sistema de Control

2.7.1 Subsistema instalación eléctrica

Los circuitos que permiten la conexión del motor se denominan circuito de

fuerza motriz o potencia. Los circuitos de fuerza están compuestos por varios

componentes eléctricos como ser: protección de los conductores eléctricos,

sistemas de control y protección de carga.

2.7.1.1 Características técnicas del motor eléctrico

Las características técnicas de funcionamiento de carga son proporcionadas

por los fabricantes y están descritas en la placa de cada motor, las características

del motor elegido se observan en la siguiente (Fig. 2.55). Se utilizada un motor de

corriente alterna trifásico, de acuerdo a los requerimientos del diseño evaluando la

potencia, velocidad y el par torsor del sistema la bomba.

112

Figura 2.55 motor trifásico jaula de ardilla 7.5 hp

Fuente: http://www.electron.frba.utn.edu.ar/archivos/Motores.pdf

Tabla 2.10 Características técnicas del motor marca ABB

Marca del motor

Designación

Potencia (kW)

Factor de potencia cosΦ

Corriente nominal In (A)

Velocidad (r/min)

ABB M2QA 7,5 0.85 12.5 3515


Con estos datos se obtiene la corriente nominal28 que demanda el motor, en

operación con una tensión de línea 400/230V AC, utilizando la línea trifásica con

siguiente ecuación.

S� = H!Ö√3 ∗ �� ∗ �#$× ∗ �

28 J.G. TEJERINA; Instalaciones Eléctricas ,1ra.Ed. Pg.36.

113

Dónde: S� = Corriente de línea (A)

H!Ö= Potencia del motor (W)

��= Tensión de línea (V)

�#$× = Factor de potencia

� = Rendimiento

Realizando el cálculo de la corriente que demanda el motor mediante la

anterior ecuación tenemos S� = 12.2 (b), la corriente nominal del motor según la

placa es de 11(A), pero se tomara el cálculo por seguridad.

2.7.1.2 Caída de tensión

Según la norma (NB-777)29, Norma Boliviana para la instalaciones

electromecánicas aguas debajo de la red, se establece que la caída del sistema no

debe exceder el 3% y la caída total de la línea no debe superar el 5%, (Tabla. 2.11).

Tenemos

ΔD = S ∗ (W �#$× + I $AU×) ∗ F

ΔD % = ΔD�¿ ∗ 100

Dónde: ΔD = Caída de tensión (V)

ΔD %= Caída de tensión porcentual

�¿= Tensión nominal (V)

F = Longitud (m)

W, I = Resistencia y Reactancia (mΩ)

Tabla 2.11 Caída de tensión a plena carga

Longitud L (m)

Sección tranv.S(mm2)

Corriente calculada (A)

∆ V ∆ V%

Tablero 10 3.31 21.2 0.97 0.44 Motor 5 2.8 12.5 0.41 0.19

29 Norma Boliviana para la instalaciones electromecánicas

114

Para el cálculo de la caída de tensión en el instante de arranque para

el tablero y los conductores ramales, se considera:

ST��T¿Ù¬¤ = 5 ∗ S}\¤¿T xT�fT

∆D�%T��T¿Ù¬¤ % = 5 ∗ ∆D�%

Entonces la caída de tensión en el momento de arranque para los ramales no

supere el 5%, (Tabla. 2.12).

Tabla 2.12 Caída de tensión en el arranque

∆ ÚÛÜÝÞß àßÇáß % ∆ ÚßÇÇßÞâãÝ % Tablero 0.44 3.08 Motor 0.19 1.33


2.7.1.3 Impedancia en los alimentadores y ramales

La resistencia, reactancia e impedancia de los conductores eléctricos se las

puede calcular con las siguientes relaciónes

� = | ∗ F� ∗ E ∗ 10! (�Ω)

� = �h ∗ F� (�Ω)

¦ = � + � ∗ � (�Ω)

Dónde: N: Número de conductores por fase=3

�h: Reactancia por unidad de longitud 0.1(�Ω/m)

S: Sección transversal (��)

R: Resistencia (�Ω)

X: Reactancia(�Ω)

Z: Impedancia (�Ω)

|: Resistividad del cobre 1/56 (Ω��/m)

115

De acuerdo a las ecuaciones anteriores la impedancia para los alimentadores

será la siguiente (Tabla. 2.13).

Tabla 2.13 Características de los conductores

Circuito Sección tranv. S(mm2)

Longitud L (m)

Impedancia (må)

Tablero 3.31 21 53.9 + j 0.96 Motor 2.08 11 204 + j 0.48


2.7.2 Elementos de Protección

Es necesario especificar los parámetros de los mecanismos usados, para

evitar malos funcionamientos o paradas no deseadas. Para seleccionar los

elementos que se utilizaran en los circuitos se toma en cuenta la corriente nominal

consumida por la máquina. La corriente del tablero eléctrico es de 20(A), para un

motor eléctrico trifásico con jaula de ardilla durante el arranque se considera que la

corriente æßÇÇßÞâãÝ es 5 veces la corriente nominal30, æÌ durante el tiempo de

arranque çßÇÇßÞâãÝ pero por un corto tiempo, el parámetro de dimensionamiento para

evitar malos funcionamientos se observa la siguiente (Tabla 2.14).

Tabla 2.14 Parámetros de corriente

Elemento eléctrico Parámetro Fusible S¿ÀN�¿T\ �À�T\ = 20.3 (b) Contactores Interruptores


2.7.2.1 Fusible

En electricidad, se denomina fusible a un dispositivo, constituido por un

soporte adecuado, un filamento o lámina de un metal o aleación de bajo punto de

fusión que se intercala en un punto determinado de una instalación eléctrica para

que se funda, por Efecto Joule, cuando la intensidad de corriente supere, por un

30 J.G. TEJERINA; Instalaciones Eléctricas ,1ra.Ed. Pg.36.

116

cortocircuito o un exceso de carga, un determinado valor que pudiera hacer peligrar

la integridad de los conductores de la instalación con el consiguiente riesgo de

incendio o destrucción de otros elementos.. Se usara fusible31 tipo AM DE 25(A), que

se observe en la siguiente (Fig. 2.56).

Figura 2.56Cartucho fusib le 14 x 51 mm, 25 A

Fuente:http://electricidad-viatger.blogspot.com/2008/05/fusibles.html

2.7.2.2 Termo magnético (Disyuntores)

Los Termo magnéticos son los aparatos más utilizados para proteger los

motores contra las sobrecargas débiles y prolongadas. Se pueden utilizar en

corriente alterna o continua. Este dispositivo de protección garantiza:

-Optimizar la durabilidad de los motores, impidiendo que funcionen en

condiciones de calentamiento

-La continuidad de explotación de las máquinas o las instalaciones evitando

paradas imprevistas.

-Volver a arrancar después de un disparo con la mayor rapidez y las mejores

condiciones de seguridad posibles para los equipos y las personas, (Fig. 2.57) la

corriente de este elemento será 25(A).

31 CATALOGO DE PRODUCTOS DE MEDIA TENSION ABB; ABB Bolivia, 3ra.Ed.

117

Figura 2.57 Lote Llaves Térmicas Merlín Y Disyuntores 25(A)

Fuente: http:// MLA-436630866-lote-llaves-termicas-merlin-gerin-moeller-y-disyuntores-_JM

2.7.3 Subsistema de control

El circuito de control está formado por el sensor, contactor, interruptor y botoneras.

2.7.3.1 Elementos de maniobra y control

2.7.3.1.1 Contactor

Interrumpe o permite el paso de la corriente a través de ellos al activar su

bobina. Se usara contactores con una tensión de trabajo y de bobina de 220V AC

para corrientes de servicio de 12 A y 25 A, (Fig. 2.58).

Figura 2.58 Contactor Abb B-30 (25amp Con Bobina 380v)

Fuente: http:// /MLA-442416148-contactor-abb-b-30-25amp-con-bobina-380v-_JM

118

2.7.3.1.2 Pulsadores

Son elementos de accionamiento que sirven para cerrar o abrir un circuito,

activados manualmente. Se utilizan pulsadores planos tipo seta, selector de 2

posiciones (On/Off) que se ven en la (Fig. 2.59).

Figura 2.59 Pulsador con enclavamiento (PPPN y PPPN-CL) / Pulsador de seta con enclavamiento

Fuente: http://www.epromsa.com/pulsadores_%C3%9822mm_340

2.7.3.1.3 Detector inductivo

Son sensores de proximidad excitados por un material eléctrico o magnético

(perno metálico), se utilizara un sensor inductivo de 3 hilos tipo PNP de 12V DC

2.7.4 Opciones - Interrupción de corte

o Si = 1, abortar al levantar el pedal

o Si = 0, interrumpir / recuperar corte con pedal

o Separación de cuchilla en cizalla pendular.

Figura 2.60 Panel de control


119

2.7.5 Conexión

Estos pueden ser conectados directamente a la tensión de la red entre 400V

AC± 10 % a frecuencia de red de 50Hz. Usarlo siempre en posición vertical de forma

que el teclado quede al alcance de la mano del operario.

El funcionamiento se realiza con una electroválvula con las siguientes características:

- Acción simultanea sobre pisador y cizalla con retroceso opcional de tope

- Liberar el pedal y retornar.

Teniendo en cuanta que las forma de accionamiento de la cizalladora son dos; una por el panel de control con Star, y la segunda con el bastón presionando el pedal, (Fig.2.61).

Figura 2.61 Pedal de contacto eléctrico


2.7.6 Descripción de las salidas

Si alguna de las salidas va a ser desconectar a algún dispositivo de carácter

muy inductivo se debe instalar un diodo 1N4000 en anti paralelo.

120

2.7.7 Maniobra eléctrica

Figura 2.62 maniobra eléctrica


En la máquina con una sola electroválvula, utilizar la salida S10 (relé R2) como señal de pilotaje, forzar PAR65.6 = 1, PAR65.4 =1 y PAR31 =0.

Se puede imponer una temporización entre el inicio del corte, S10, y el retroceso del eje X con PAR30 = 1 a 5 seg.

La electroválvula que activa la bajada de la cizalla está condicionada por una cadena de seguridad. Se permite en corte solo con S27 y el pedal accionado.

Se libera en la fase de retorno de la cizalla. En la máquina con inclinación de cuchilla programable, la bajada de la cizalla fuerza de movimiento encoder Y. (unir S29 y E34 para liberar el eje Y).

121

2.7.8 Diagrama de movimientos de Cizalla

Sin retroceso del eje X, al activar pisadores

Con retroceso del eje X


. El control de los inversores electrónicos o electroválvulas, muy utilizados en cizalladoras, se logra a base de circuitos simples con relés.

Figura 2.63diagrama de movimientos general

122

2.7.9 Especificación de elementos eléctricos

Los elementos y componentes requeridos para los circuitos del control y

potencia eléctrica que satisfaces los requerimientos expuestos en la siguiente

(tabla 2.15).

Tabla 2.15 Componentes eléctricos especificados para protección

Ítem Características técnicas Código marca Cant 1 Fusible tripolar aM-25 ABB 1 2 Interruptor termo magnético tripolar 3x25 AMP FAZ-3-B25 Moller 1 3 Pulsador tipo seta de paro de

emergencia, rojo A22-RPV/K01 Moller 1

4 Contactor tripolar 220 V (35 A) DIL 0M Moller 1


Tabla 2.16 componentes eléctricos especificados de control

Ítem Características técnicas código Marca Cant. 1 Sensor inductivo de proximidad Autonic PR12-4DP Autonic 1 2 Contactor tripolar 220 V (20 A) DIL-EM-10 Moller 2 3 Selector de 2 posiciones fijas N.A. A22RWK1/10 Moller 1

4 Pulsador plano-color verde (Star) A22RD-/K10 Moller 1

5 Pulsador plano-color negro (Reset) A22RD-/K01 Moller 1


123

2.8 Especificaciones generales de la cizalladora

Tabla 2.17 Especificaciones generales

Longitud de corte M 3

Capacidad de corte

Acero(N/m2) Mm 0.5 - 6

Inox (N/m2) Mm 0.5 - 4

Angulo de inclinación grados 3

Separación de cuchillas Min/mm 0.05

Max/mm 0.75

Altura de la mesa M 0.88

Ancho de la mesa M 0.50

Longitud de la mesa M 3

Fuerza corte kN 346

Presión de corte Bar 140

Potencia motor kW 4.5

Potencia bomba Kw 6

Velocidad de corte m/s 0.2

Tiempo de corte Ascenso S 2

Descenso S 2

Carrera de corte (PMS, PMI, Luz) Cm 15

Cortes por minuto Ciclos/min 15

Capacidad deposito aceite Lt 35

Numero de brazos unidades 4

Longitud M 3.3

Ancho M 1.8

Altura M 1.6

Peso aproximado Kg 4900


� �12

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CÁ

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A36

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cula

do

Cal

cula

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ISI 1

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cula

do

Cal

cula

do

Cal

cula

do

Cal

cula

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ISI 1

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do

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Gra

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M16

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ado

Espe

cific

ado

Espe

cific

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8.8

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007

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16N

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I 106

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do

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Cal

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=150

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e 1

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; d=1

02; e

=10

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cula

do

019

Tapa

par

a ej

e 2

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=240

; d=1

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=25

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do

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mes

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rico

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cific

ado

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cific

ado

Espe

cific

ado

Espe

cific

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Gra

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o 8.

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G

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s M12

G

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rico

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ES

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A

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001

002

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V-N

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Klo

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cific

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134

CAPÍTULO III

3 INGENIERÍA DE MANUFACTURA

3.1 Fabricación

El proceso de fabricación se en marca en un procedimiento, el cual debe

contener toda la información necesaria para el seguimiento completo de la

fabricación en sí. Este procedimiento es mostrado en las denominadas Hojas de

procesos y costos, las cuales se encuentran en el anexo.

Las hojas de proceso contienen la siguiente información:

1 - Información referida a datos generales

a) Institución o empresa responsable.

b) Proyecto desarrollado.

c) Responsable del proyecto.

d) Encargado supervisor.

e) Número de hoja.

2 - Información referida a datos técnicos:

a) Sistema.

b) Elemento o subsistema a ser fabricado.

c) Número de plano.

d) Material de fabricación.

e) Peso.

f) Dimensiones o características del elemento o subsistema.

135

3 - Información referida a tiempos y procesos de fabricación

a) Secuencia del proceso.

b) Proceso empleado.

c) Máquina, herramienta o equipo utilizado.

d) Tiempo de preparación.

e) Tiempo de ejecución.

f) Tiempo total por proceso.

g) Tiempo acumulado por pieza.

h) Mano de obra.

Finalmente, la información referida a tiempos y procesos de fabricación debe seguir los siguientes parámetros.

3.1.1 Tiempos de Fabricación

Considera los siguientes tiempos.

3.1.1.1 Tiempo Total de Fabricación Puede ser determinado por:32

Dónde Tiempo total de trabajo

Tiempo de fabricación

Tiempo de montaje

El tiempo de fabricación está dado por:

32 Roger Villegas, Diseño de una Trozadora de Scrap de PVC, Proyecto de Grado, p. 136

136

Dónde: :Tiempo de preparación

Tiempo de ejecución

El tiempo de preparación es aquel empleado en la preparación antes del

trabajo. Este dato mayormente parte de la experiencia.

El tiempo de ejecución es aquel empleado en el mecanizado de la pieza y

puede ser definido como:

Dónde: :Tiempo manual o accesorio a la ejecución

Tiempo de maquinado principal

El tiempo manual o accesorio a la ejecución es aquel que se emplea en las

mediciones, verificaciones, colocación de piezas, centrados, etc.

El tiempo de máquinado principal es aquel empleado por las máquinas

herramientas en realizar los correspondientes procesos, cuyo cálculo es realizado

mediante fórmulas determinadas, ábacos y estimaciones dependiendo del tipo de

proceso de fabricación.

3.1.1.2 Tiempo Principal de Soldadura Este tiempo parte netamente de la experiencia, no contándose con valores

fijos33, ya que depende de la habilidad del operador; sin embargo para su cálculo

consideraremos un factor de 120mm cordón/min, luego se define:

Dónde: t : Tiempo principal de soldadura [horas ]

L : Longitud de cordón de soldadura [mm ]

33 Varían en función al operario y los diferentes materiales

137

3.1.1.3 Tiempo Principal de Torneado Este tiempo contempla un promedio general de las operaciones de cilindrado,

refrentádo y roscado, cuya ecuación queda definida por:34

Dónde: T : Tiempo de duración por pasada [min]

L : Longitud de corte [mm]

S : Avance por revolución

N : Rotación del husillo del torno [rpm]

Para un trabajo de desbaste se tiene el siguiente avance recomendado:

Para un trabajo de afinado se tiene:

La rotación del husillo del torno es determinada por:

Dónde:

n : Número de revoluciones por minuto de la pieza o de la herramienta

V : Velocidad periférica de corte (propio del material) [m/min]

D : Diámetro de la pieza [mm]

3.1.1.4 Tiempo Principal de Fresado Se define por:

Dónde: t : Tiempo de fresado [horas]

L : Trayectoria de trabajo de la máquina de fresar [ mm]

V : Velocidad de avance [mm/min]

34 A. L. Casillas, Máquinas – Cálculos de taller, 34ª Ed. (1988). Edición Hispanoamericana, Madrid, España, p. 592

138

En este caso la velocidad de avance para chaveteras en los ejes se la tomará

igual a:

Con éste dato se obtiene:

3.1.1.5 Tiempo Principal de Refrentádo en el Torno Es determinado mediante:

Dónde: t : Tiempo principal de refrentado [horas]

D : Diámetro del eje [mm]

f : Avance de la cuchilla [mm/rev]

n : Número de revoluciones por minuto [rpm]

Tomaremos el avance de la cuchilla como, y el número de revoluciones igual

a 50; entonces:

3.1.1.6 Tiempo Principal de Corte por Oxiacetileno La utilización de oxiacetileno es apta para planchas de acero, mayores a los

3 milímetros de espesor; así la velocidad de corte varía según el espesor de la

plancha a cortarse, el tipo de boquilla que se emplea y la presión del oxígeno.

Para determinar este factor se utilizara una velocidad de corte aproximada de

38m/hora, entonces:

Dónde: t : Tiempo principal de corte por oxiacetileno [horas ]

139

L : Longitud de corte [mm]

3.1.1.7 Tiempo Principal de Taladrado Es determinado mediante:

Dónde: t: Tiempo principal de taladrado [horas]

L : Longitud a taladrar (L=l 3D ) [mm]

l : Espesor de plancha a taladrar [mm]

D : Diámetro de broca / orificio [mm]

s: Avance [mm/rev]

v: Velocidad periférica [m/min]

Es recomendable utilizar para el proceso de taladrado del acero de

construcción, los valores de velocidad periférica igual a 24 m/min, y tomar un valor

de avance de 15 mm/rev.

Luego:

3.1.1.8 Tiempo Principal de Amolado Con el amolado se obtiene superficies mejor acabadas y se reduce los

cordones de la costura soldad, para ello se calcula los tiempos con el factor de

velocidad igual a 200 cm/min, entonces se define:

Dónde: t : Tiempo principal en el proceso de amolado [horas]

L : Longitud de amolado (desbaste) [mm]

140

3.1.2 Sistemas de Seguridad Los accidentes suelen ser debidos a la acumulación de diversas causas que

por sí solas no tendrían mayores consecuencias. Por un lado el operario puede

manipular de manera incorrecta las cargas o cortar más espesor del permitido por la

cizalla.

Sin embargo las causas anteriores no tendrían que causar ningún desperfecto

en la cizalla si los mecanismos de seguridad descritos en los apartados siguientes

funcionaran correctamente.

3.1.3 Medidas de Seguridad y Protección de Máquinas y Herramientas

En términos generales, las principales medidas de seguridad a observar para la

protección de las máquinas y herramientas consisten en:

-Pintar en colores llamativos las partes móviles de las máquinas. Como colores

normalizados se utilizan el amarillo o el blanco, junto al negro, pintados en franjas

oblicuas alternas sobre los extremos del elemento móvil a destacar.

3.1.4 Medidas de Seguridad y Protección de los Operarios

-La ropa de trabajo debe ser ajustada, utilizando calzado de seguridad. Usar

guantes de piel para cualquier tarea de manipulación de la chapa. En el caso de

operar con grandes formatos de chapa, también se recomienda el uso de mandiles

de cuero (Fig. 3.1).

Figura 3.1 elementos de seguridad

Fuente: http://2.bp.blogspot.com/_ErC9kA6NWFA/SgnBgOZmeq

141

-Las prensas, las cizallas, las plegadoras y, en definitiva, todas las máquinas

utilizadas en los procesos de corte y conformado de la chapa sólo deben ser

manejadas por personal especializado. Por lo tanto, no se debe permitir jamás el uso

de estas máquinas por parte de personal no autorizado. Aun así, todo especialista o

usuario está obligado a conocer los riesgos y peligros derivados del uso de dichas

máquinas, así como sus limitaciones, consultando, si fuera preciso, su libro de

instrucciones, (Fig. 3.2).

Figura 3.2 significado de los colores en seguridad industrial

Fuente: http://www.google.com.bo/imgres?q=seguridad+industrial+se%

-La ingesta de medicamentos, alcohol, drogas o la combinación o toma

indiscriminada de estas sustancias puede producir euforia, confusión, somnolencia

o alteraciones de la visión, entre otros efectos, reduciendo drásticamente la

capacidad de concentración y de reacción del operario.

3.1.5 Extintor de Incendios

El extintor de incendios, es el equipo de primeros auxilios contra incendios,

están destinados a ser usados contra fuegos pequeños e incipientes. Es un artefacto

que sirve para apágar fuegos. Consiste en un recipiente metálico (bombona o cilindro

de acero) que contiene un Agente extinguidor de incendios a presión, de modo que

al abrir una válvula el agente sale por una manguera que se debe dirigir a la base

del fuego. Generalmente tienen un dispositivo para prevención de activado

accidental, el cual debe ser deshabilitado antes de emplear el artefacto.

142

El gas impulsor suele ser nitrógeno ó CO2, aunque a veces se emplea aire

comprimido. El único agente extintor que no requiere gas impulsor es el CO2. Los

polvos secos requieren un gas impulsor exento de humedad, como el nitrógeno o el

CO2 seco, (Fig. 3.3).

Figura 3.3 características básicas de un Extintor de incendios

Fuente: normativas de seguridad industrial

3.1.6 Modos de trabajo

3.1.6.1 Corte simple - Se fija en el panel la opción de corte simple.

- Se coloca la chapa.

- Se fijan los segundos de corte.

- Se acciona la máquina con el mando de pie, ésta realizará un único corte durante

los segundos que se hayan fijado.

3.1.6.2 Corte cíclico A - Se fija en el panel la opción de corte cíclico.



- Se acciona la máquina con el mando de pie.

- La máquina realiza cortes hasta que el operario la detenga con el botón de paro.

143

3.1.6.3 Corte cíclico B - Se fija en el panel la opción de corte cíclico.

- Se activa el contador de cortes.



- Se fija el número de ciclos o cortes a realizar.

- Se acciona la máquina con el mando de pie.

- La máquina realiza cortes hasta que el contador de cortes alcance el número

fijado.

3.1.7 Mantenimiento Para mantener la máquina en condiciones de seguridad y asegurar una vida

útil prolongada se recomienda realizar las siguientes tareas de mantenimiento.

3.1.7.1 Indicador del nivel y temperatura del aceite Se encuentra en la parte posterior, el nivel de aceite debe mantenerse

aproximadamente a la mitad del nivel, (Fig. 3.4).

Figura 3.4 Nivel de aceite

Fuente: tecnología mecánica.com/manteamiento en corte

144

3.1.7.2 Aceite del circuito Hidráulico La máquina de fábrica tiene aceite hidráulico de alto rendimiento y con

propiedades anti desgaste, anticorrosivo, resistencia a la oxidación y filtrabilidad.

TIPO: “MOVIL DTE H 46. Equivalencia en otras marcas: FUCHS MH46 – CEPSA

NOTA: cambio del aceite hidráulico cada 500 horas de trabajo o 3 años.

3.1.7.3 Presión del aceite El manómetro (parte posterior) indica la presión que se alcanza durante un

trabajo. Se recomienda hacer una prueba al inicio del trabajo para comprobar que

no se alcanza una presión excesiva, una vez en este punto se debe cerrar y seguir

con el trabajo. De este modo se evita que el manómetro esté continuamente

funcionando sin necesidad alguna.

El manómetro debe tener glicerina en su interior, siendo normal que se

forme una burbuja en l parte superior.

3.1.7.4 Final de carrera del tope En la parte posterior de la máquina se puede observar el sensor “finadle

carrera” que evita que el tope, que limita la profundidad del corte, sobrepase cierto

límite de seguridad. Se recomienda comprobar periódicamente que no se haya

producido ningún daño en este sensor y que funcione correctamente.

3.1.7.5 Puntos de engrase Se recomienda el engrase con mezcla de grasa y aceite las siguientes

partes de la mecánica de la máquina, (Fig. 3.5). NOTA: se deberá engrasar cada 200 horas de trabajo o cada 2 meses

Figura 3.5 Puntos de engrase

Fuente: tecnología mecánica.com/manteamiento en corte

145

3.1.8 Contraindicaciones - Cortar planchas que hayan sido cortadas con plasma u oxicorte, ya que

estas planchas han sido endurecidas por el calor recibido para su corte,

asimismo los bordes con rebabas muy pronunciadas que puedan deteriorar

el borde de la cuchilla.

- El corte de más de 6mm de espesor, en chapa de 45 kg/mm2 de resistencia o

su equivalencia en otros materiales.

- Otros usos para los que no ha sido diseñada.

- No tocar la zona móvil cuando la máquina está en movimiento.

- No entrar detrás de la máquina durante el trabajo.

-No se permite una carga excesiva de nitrógeno en los cilindros.

3.1.9 Planilla de montaje, Subsistemas y Sistemas Este procedimiento mayormente es evaluado de forma experimental, no

contándose con una precisión en el tiempo que se requiere para dicha tarea, ya que

depende de la experiencia y habilidad de los operarios designados al trabajo.

También influye de manera sustancial el equipamiento del taller dónde se procede a

ensamblar y montar las piezas.

Las estimaciones de todos los tiempos y secuencias de montaje para cada

conjunto del proyecto, se encuentran en las denominadas planillas de montaje,

adjuntas a continuación.

146

PLANILLA DE MONTAJE Proyecto: Diseño de una máquina cizalladora hidráulica para chapas de acero

Sistema: Sistema corte Subsistema: trancha Diagrama de referencia para el montaje Nro: 1

Lista de piezas Nº de Pieza

Descripción

Cant.

Observaciones

1 2 3 4 5 6 7 8 9

10 11

Rodamientos SKF soporte de cilindros Placas de acero Placa de sujeción 1 Seguro tipo placa tornillos Gancho Placa de sujeción 2 Pernos de sujeción Tuerca de sujeción Seguro tipo pasador

2 2 4 1 1 2 1 1 4 4 1

Secuencia de montaje 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Realizar la limpieza de los elementos a medida que los mismos se van ensamblando. Insertar los soporte de cilindros (2) en la placa de acero (2) por ambos lados Insertar el eje (3) en el conjunto de rodamientos (2). Colocar la placa de sujeción (4) en el extremo derecho del eje (3). Colocar el seguro tipo placa (5) conjuntamente con los tornillos (6) en la ranura del eje. Acoplar el eje de la traviesa del gancho (7) en la placa de sujeción (4). Acoplar la placa de sujeción (8) en el conjunto. Colocar y apretar los pernos (9) y las tuercas (10) de sujeción al conjunto. Insertar el seguro tipo pasador (11) en el orificio del eje (3).

Herramientas e insumos Nº Descripción 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Aceite y grasa para lubricación Amoladora Arco eléctrico Juego de limas planas y redondas Juego de llaves Martillo de acero y de goma o teflón Taladro manual Trozos de tela para realizar la limpieza Vernier, Regla, escuadra y nivel

Mano de obra Tiempo estimado Técnico mecánico (TMec) Ayudante de mecánica en general (AMec) Pintor (Ptor)

60 min 60 min 30 min

147


Sistema: Sistema corte Subsistema: montante y travesaño Diagrama de referencia para el montaje Nro: 2


Descripción

Cant.

Observaciones

1 2 3 4 5 6 7 8

Montante Soporte de montante

Soporte de topes traseros Travesaño superior

Travesaño inferior seguro tipo placa Base de mesa Pernos de sujeción

2 4

2

1 1 2 1


10 11 12 13

Realizar la limpieza de los elementos a medida que los mismos se van ensamblando. Insertar los Soporte de montante (2) en la Montante (1) por ambos lados de la misma. Insertar el Travesaño inferior (5) en las montantes (1) Colocar el conjunto en la base de mesa (7) elementos correspondientes

Colocar un seguro tipo placa(6) más los Pernos de sujeción(8) en la ranura Insertar un Travesaño inferior(5) Realizar la secuencia 2,3,4,5 y 6 para la segunda montante(1).

Insertar un Travesaño superior(4) Insertar el eje (5) en el conjunto (7)(8). Colocar el anillo de retención (6) Colocar el conjunto bastidor de la mesa(1) Colocar un seguro tipo placa más Pernos de sujeción en la ranura. Repetir las secuencias 8, 9, 10, 11 y 12 para las restantes piezas.


Aceite y grasa para lubricación Amoladora Arco eléctrico Juego de limas planas y redondas Juego de destornilladores plano y estrella Martillo de acero y de goma o teflón Taladro manual Trozos de tela para realizar la limpieza Vernier, Regla, escuadra y nivel


90 min 90 min 30 min

148


Sistema: Sistema corte Subsistema: topes, montantes finales Diagrama(s) de referencia para el montaje Nro(s): 3,4


Descripción

Cant.

Observaciones

1 2 3 4 5 6 7 8 9

10 11 12 13 14 15 16 17

Travesaño Superior Eje de unión Columna Eje de las poleas fijas montante Soporte de apoyo Bulón de unión Soporte - Columna Soporte

Tambor de apoyo

Barras de articulación

Brazos con Articulación Soporte Brazo superior Brazo superior Brazo inferior Polea de envío Seguro Placa de unión Cilindro hidráulico

1 1 1 1 1 4 1 1 1 1 2 1 1 1 2 1


Realizar la limpieza de los elementos a medida que los mismos se van ensamblando. Insertar el eje de unión Columna en el orificio correspondiente de la Travesaño superior. Insertar la Placa de unión conjuntamente con las horquillas correspondientes. Ensamblar el soporte (5) con los bulones (6) en la columna superior. Ensamblar Barras de articulación la columna superior con Soporte Brazo superior Colocar los Cilindro hidráulico en los soportes de la columna superior Ensamblar los elementos (12)(13)(14)(15)(16) y montar el conjunto sobre la columna inf. Ensamblar la columna (1)(2) con los elementos (9)(17)(18). Verificar el montaje global y los seguros correspondientes.




480 min 480 min 240 min

149


Sistema: Sistema oleo hidráulico, control Subsistema: oleo hidráulico, control Diagrama(s) de referencia para el montaje Nro(s): 5,6,7,8


Descripción

Cant.

Observaciones

1 2 3 4 5 6 7 8

Trancha Bomba oleo hidráulica Motor eléctrico Cilindros hidráulicos Caja de control Reja de protección Panel de control (botonera) Pedal de contacto eléctrico

1 2 1 1 1 1 1 1

Secuencia de montaje 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Realizar la limpieza de los elementos a medida que los mismos se van ensamblando. Montar el Motor eléctrico (2) en la plataforma. Acoplar el eje del Motor eléctrico (3) en la Bomba oleo hidráulica (2). Adecuar el verificando excentricidad del eje y su alojamiento.

Ensamblar las mangueras hidráulicas sobre el soporte respectivo en Insertar el conjunto trancha (1) en todo el sistema. Verificar las uniones y posiciones de elementos. Instalar la caja de control (5)en la montante respectiva Montar en panel de control (7) y la reja de protección (6) en la trancha (1) Instalar el pedal de contacto eléctrico (8) al sistema eléctrico




480 min 480 min 240 min

150

4 CAPÍTULO IV

COSTOS

4.1 Costos de fabricación

El costo viene a representar la suma total de gastos que se requieren para

obtener de una materia prima el producto terminado. Este costo lo representan

aquellos gastos efectuados en el material, la mano de obra y los medios que se

emplean para la fabricación de la máquina.

El detalle de los procesos de fabricación y los costos que representan, es

efectuado en las denominadas hojas de procesos y costos.

Dado que estos costos tomaron en cuenta el peso neto del elemento, se

establece un factor de incremento del 10% al precio total, el cual considera las

pérdidas de material generadas en la manufactura de una pieza, partiendo del

peso bruto de la misma, (Tabla 4.1 ).

4.1.1 Costo de materiales

Estos costos van referidos a la compra de materia prima para la construcción

de los elementos que conforman la máquina. Los mismos incluyen el manejo

y almacenamiento correspondiente.

Aquellos costos de materiales en bruto que forman parte en la fabricación

de las diferentes piezas, son obtenidas en su mayoría del mercado informal,

tabulándose los mismos en la, (Tabla 4.2).

151

Tabla 4.1 Resumen de los costos de fabricación

Nº Pieza Cantidad Costo [$us] Costo total[$us]

1 Chapa que componen la masa de la trancha 4 58,04 174,12 2 Perfil L para unión con soporte lateral 4 23,64 123,64 3 Plancha que compone la mesa 1 123,14 123,14 4 Pernos masa de la trancha cabeza hexagonal M12 30 0,41 13,41 5 Pernos unión cabeza hexagonal M12 30 0,47 6,94 6 Pernos unión cabeza hexagonal M10 10 0,24 7,48 7 Pernos unión cabeza hexagonal M16 40 0,08 6,16 8 Tuercas hexagonales masa trancha M12 40 0,87 6,87 9 Tuercas hexagonales unión M16 40 0,05 6,05 10 Tuercas hexagonales masa perfil M12 40 0,2 5,2 11 Arandelas planas trancha 12N 30 0,11 7,44 12 Arandelas de presión masa de la trancha 12R 30 0,98 7,92 13 Arandelas de presión perfil 16R 40 0,84 6,68 14 Tuercas hexagonales masa perfil M12 30 0,77 6,77 15 Pernos masa de la trancha cabeza hexagonal M12 30 0,99 6,99 16 Pernos unión cabeza hexagonal M12 30 0,13 6,13 17 Pernos unión cabeza hexagonal M16 40 0,95 7,95 18 bomba oleo hidráulica Bosh Rexroth AG 1 562,36 562,36 19 Válvula electrohidráulica 2-4 1 51,09 51,09 20 Válvula electrohidráulica 5-6 1 68,01 68,01 21 Conductores de diferentes calibres 1 41,33 41,33 22 Mangueras oleo hidráulicas 8 26,43 326,43 23 Aceite hidráulico 1 38,5 38,5 24 Soporte de cilindros doble efecto 4 12,74 50,96 25 Cilindro doble efecto para prensar 1 174,89 174,89 26 Cilindro doble efecto para corte 2 193,76 407,52 27 Relé 1 98,49 98,49 28 Logo, micro logix 1100 1 63,55 63,55 29 Fuente de tensión para sistema de control 1 72,74 72,74 30 Final de carrera en cilindro de presión 2 12,61 24,22 31 Final de carrera en cilindros de corte 1 25,06 25,06 32 Chapa, espesor 25.4 mm 4 42,83 151,32 33 Chapa, espesor 20 mm 2 38,77 125,54 34 Eje de seguimiento de ángulo de corte 2 43 86 35 Pintura de tipo horno 1 35,72 35,72 36 Rejilla de protección 1 35,54 35,54 37 Barra de soporte trasero 1 46,82 46,82 38 Tope de dimensión de corte 2 48,28 92.45 39 Pedal de contacto eléctrico 1 47,99 47,99 40 Depósito de fluido hidráulico 1 68,65 68,65 41 Barra de presión de chapa 1 26,85 26,85 42 Cuchilla de corte de doble filo punzón 1 200,61 200,61 43 Cuchilla de corte de doble filo base 1 200,45 200,45 44 Panel de control 1 34,17 34,17 45 Caja de control de componentes hidráulicos 1 42,91 42,91 46 Soporte laterales superiores 2 28,07 56,14 47 Brazos de soporte delantero 4 25,46 125,46 48 Placas de sujeción 1 34,87 34,87 49 Soporte de varias válvulas 1 43,65 43,65 50 Topes traseros de regulación 2 8,91 17,82 51 Asientos de cojinetes especificados 1 16,74 16,74

Total 4298,8 Costo total incrementado en 10% debido a pérdidas de material 4727.8


152

Tabla 4.2 Costo de materiales

Nº

Material

Características

Unidad

Precio Unitario

[$us] 1 Plancha e=2mm Hoja 74,61 2 Plancha e=6mm Hoja 93,27 3 Plancha e=10mm Hoja 147,87 4 Plancha e=15mm Hoja 296,12 5 Plancha e=20mm Hoja 355,3 6 Plancha e=25.4mm Hoja 564,01 7 Fundición gris kg 1,84 8 Eje d=22,2mm kg 2,83 9 Eje d=25,4mm kg 2,83

10 Eje d=50,8mm kg 2,83 11 Perfil tubular Sección circular kg 1,68 12 Perfil tubular Sección cuadrada kg 1,68 13 Perfil Costanera kg 1,68


4.1.2 Costo de insumos

Los insumos necesarios y a la vez suministrados en la fabricación, se

detallan en, (Tabla 4.3).

Tabla 4.3 Costo de insumos

Nº

Material

Caracteristica

Unidad

Precio unitario [$us]

1 Aceite lt 3,39 2 Carburo de calcio kg 2,12 3 Disco abrasivo d=9" piezas 4,81 4 Disco de corte d=9" piezas 3,96 5 Electrodo AWS E 6013 kg 2,54 6 Electrodo AWS E 7018 kg 2,75 7 Escobillas metálicas piezas 1,41 8 Gasolina lt 0,52 9 Hojas de sierra piezas 1 10 Lijas Nros 100 - 500 piezas 0,28 11 Oxígeno m3 2,2 12 Pintura anticorrosiva lt 4,95


4.1.3 Costo de mano de obra

Para una aproximación al valor verdadero y actualizado de los costos de mano

de obra, se solicitó dicha información a la empresa “MÁQUINARIA INDUSTRIAL

153

– Construcciones electromecánicas35”, obteniéndose los datos mostrados en,

(Tabla 4.4).

Tabla 4.4 Costos de mano de obra

Fuente: Empresa MÁQUINARIA INDUSTRIAL

4.1.4 Costo de uso máquinas-herramientas

La cotización para el uso y alquiler de máquinas-herramientas, también fue

realizada en la empresa “MÁQUINARIA INDUSTRIAL”. Los mismos figuran en

(Tabla 4.5), incluyendo costos de alquiler del local, saneamiento básico y energía

eléctrica.

Tabla 4.5 Costo de uso máquinas – herramientas

Nº Máquina, instrumento,

herramienta Costo

[$us/hr]

1 Amoladora 1,56 2 Cilindradora 3 3 Cizalla de corte 3 4 Compresora y soplete 1,6 5 Dobladora 3 6 Equipo de arco eléctrico 2,5 7 Equipo de oxicorte 2,5 8 Esmeril de acabado 1,6 9 Herramienta de lijado y limado 0,7 10 Herramientas de medida 0,3 11 Herramientas de trazado 0,3 12 Máquina Fresadora 7 13 Prensa hidráulica 3 14 Prensa Mecánica 0,5 15 Sierra Mecánica 0,5 16 Taladro de pedestal 1 17 Taladro Manual 0,8 18 Torno 5

Fuente: Empresa MÁQUINARIA INDUSTRIAL

35 MAQUINARIA INDUSTRIAL – Construcciones Electromecánicas Nro. 3015, Zona Bajo Llojeta, La Paz - Bolivia

154

4.2 Otros costos

Estos costos van referidos principalmente a los elementos especificados que

se compran directamente del mercado local y también del mercado internacional,

además de los costos de montaje y aquellos que intervienen adicionalmente, como

son el costo del proyecto, sueldo del ingeniero supervisor del proyecto, etc.

4.2.1 Costos de montaje

Este costo está en función del salario que perciben todas las personas

involucradas en el montaje, además de sumarse el uso de máquinas- herramientas

e insumos utilizados, (Tabla 4.6).

Tabla 4.6 Costos de montaje


Tiempo estimado de montaje según especialista [min]

Sistema TMec AMec Ptor Sistema trancha 60 60 30

Sistema mesa 90 90 30

Sistema soporte lateral 480 480 240

Sistema estructural 480 480 240

Sistema hidráulico 480 480 240

Sistema control 360 360 200

Cizalla 960 960 480

Tiempo total según especialista [min] 2910 2910 1460

Costo de mano de obra según especialista [$us/hora] 2,6 1,5 2,6

Costo de montaje por especialista [$us] 126,1 72,75 63,27

Costo total de mano de obra por montaje [$us] 262,12

Costo aproximado adicional en mano de obra [$us] 500 Costo estimado por insumos [$us] 400

155

4.2.2 Costos adicionales

Sueldo del ingeniero supervisor del proyecto, Dado que el tiempo en la

ejecución del proyecto, puede variar debido a los diferentes imprevistos que se

pueden suscitar, se establece un sueldo para el ingeniero supervisor, que acompaña

la ejecución del proyecto en su totalidad, tomando en cuenta un estimado de 4

meses para la fabricación de la máquina.

Luego, en la ( Tabla 4.7), se presenta el resumen de los costos

totales acorde a los valores determinados en las tablas anteriores.

Tabla 4.7 Resumen de los costos totales

Costo Neto 6727


A continuación, en la ( Tabla 4.8), se determina el precio de la

máquina, con las consideraciones respectivas.

Tabla 4.8 Precio de la máquina

Nº Detalle Total [$us]

1 Costo Neto 6727

2 Margen de utilidad (35% sobre el costo neto) 2354

3 Costos por imprevistos (10% sobre el costo neto) 672

Fuente: Elaboración propia Precio 9753

Finalmente se establece el precio de venta para la máquina, considerando los

Nº

Detalle

Total [$us]

1 Costo de fabricación, materiales e insumos 4727

2 Costo de componentes especificados 800

3 Costo de montaje 700

4 Costos adicionales 500

156

impuestos de ley (13% I.V.A. y 3% I.T.) sobre el precio, resumidos en la siguiente,

(Tabla 4.9).

Tabla 4.9 Precio de venta para la máquina

Nº

Detalle

Total [$us]

1 Precio 9753

2 I.V.A. (13% sobre el precio) 1267

3 I.T. (3% sobre el precio) 292

Precio de venta total [$us] 11 303


157

5 CAPÍTULO V

EVALUACIÓN

5.1 Evaluación técnica

El presente proyecto busca la posibilidad de fabricar una Cizalladora para el

reemplazamiento a los corte tradicionales, puesto que las máquinas actualmente

utilizadas con llevan limitaciones que manteniendo la eficiencia y seguridad, según

lo analizado anteriormente.

La Cizalladora fue diseñada para satisfacer los objetivos trazados al inicio

del presente proyecto, además de considerar la inexistencia de la máquina en el

mercado Nacional. Para una evaluación inicial, se realiza la comparación de la

cizalladora diseñada con las máquinas actualmente utilizadas, (Tabla 5.1).

Tabla 5.1 Comparación técnica de la cizalladora


158

Es claro notar las diferentes ventajas que implica la cizalladora diseñada,

comparada con las máquinas usadas actualmente en el medio para el

emplazamiento de cargas.

Si bien una de las características que limita a la cizalladora diseñada,

espesor de corte , se debe tomar en cuenta, según el análisis realizado en el punto

concerniente a la justificación del proyecto, que la máquina es apta para cubrir la

mayor demanda en cuanto a corte de chapa, establecidas las más usadas en el

trabajo comúnmente realizado. También es claro notar la facilidad, seguridad

y eficiencia, a la hora de usar una de estas cizalladoras en el campo de la

mecánica, enfocando la necesidad en la implementación de este tipo de máquinas

en el medio, acorde a todas las ventajas técnicas que ésta ocasionaría en beneficio

de la ejecución de proyectos.

Para una segunda evaluación, muestra la comparación técnica de la

cizalladora diseñada, con una de similares características, fabricada con el

respectivo montaje y posteriormente con los límites de corte y la facilidad de

operación.

Es claro notar que la cizalladora diseñada, podrá realizar un trabajo con las

mismas prestaciones que una fabricada en el exterior. Ambas reúnen similares

características a la hora de ser tomadas en cuenta para el trabajo en metal

mecánica.

Las diferencias más notorias son: por un lado, es el espesor de corte y la

longitud de corte, adicionales para la Cizalladora del fabricante Español, pero

disminuyendo el espesor y utilizando el cuello de cisne se puede usar la totalidad

de la cuchilla, las velocidades establecidas para la cizalladora diseñada son

variables en función al espesor de corte, mientras aquellas pertenecientes a la

cizalladora de procedencia española, permiten una selección de velocidades de 2 a

3 opciones. Sin embargo, el diseño efectuado en el presente proyecto, mantiene las

condiciones máximas en cuanto a capacidad, dimensiones y velocidades de

emplazamiento, que los fabricantes internacionales adoptan a la hora de

calcular, diseñar y fabricar una máquina de este tipo.

159

5.2 Evaluación económica

Para esta evaluación, se presenta en la (Tabla 5.2), la comparación, entre el

precio de venta de la cizalladora diseñada, y el precio de la cizalladora fabricada en

España por la empresa Nargesa Crane S.A., tomándose en cuenta los siguientes

aspectos para esta última:

- El precio de venta fue solicitado al representante ubicado en Chile “Unión S.A.”, mismo que presta servicios de arriendo, venta y otros, referentes a cizalladoras con similares características.

- El precio de venta enviado por el representante de Nargesa, incluye los

costos según los términos comerciales, hasta la ubicación de la empresa en

cuestión (Santiago – Chile)

Con los valores proporcionados, y la consulta respectiva a una agencia

despachante de aduana, dónde se obtiene el costo total de la máquina a importar,

puesta en la ciudad de La Paz, con la des-aduanización correspondiente, teniendo

en cuenta las abreviaciones del documento son dólares americanos (USD) y la

moneda nacional (BOB)

Tabla 5.2 Precio de la máquina importada, puesta en la ciudad de La Paz incluyendo las comisiones adicionales


160


Según la (Tabla 5.3) anterior, es claro notar la diferencia en cuanto al precio,

de una cizalladora fabricada en el exterior, respecto a la cizalladora diseñada

en el presente proyecto, tomando en cuenta que ambas reúnen las mismas

características técnicas según el análisis

5.3 Conclusiones y recomendaciones

5.3.1 Conclusiones

De acuerdo a todos los resultados obtenidos en el presente proyecto, se logró

cumplir el objetivo principal, que está enfocado en el diseño de una cizalladora,

principalmente, máquina diseñada con los elementos necesarios, para efectuar el

corte. Su estructura, y dimensiones, permite el corte de toda la chapa, a través de

la plataforma con cuello de cisne, permitiendo a la máquina, ser capaz de cortar la

totalidad de la superficie de la cuchilla y logrando saber las fuerzas necesarias para

distintos espesores y un trabajo más simple para el operario a lo largo de una trabajo

en metal mecánica, estableciendo una mejora en el tiempo.

-Tras cumplir satisfactoriamente el objetivo principal, se denotan las siguientes

conclusiones para los objetivos específicos, mismos que se encuentran ligados al

beneficio del uso de la máquina.

-Debido a las dimensiones de la máquina, y los elementos establecidos

para su operación, la cizalladora garantiza la más alta rentabilidad en

cualquier proyecto que se vaya a realizar, siendo adecuada bajo cualquier tipo de

condiciones por sus prestaciones y por su capacidad de ganarse la confianza de

cualquier operador, permitiendo realizar el emplazamiento de cargas con facilidad,

Tabla 5.3 Comparación económica entre la cizalladora diseñada y la fabricada en España

161

seguridad y eficiencia.

- Durante el transporte se hacen patentes las ventajas de su compacto diseño,

cuando la misma se encuentra plegada. Debido a su tamaño, la cizalladora

puede ser transportada por la vía pública ya que sus dimensiones son adecuadas.

- La máquina ofrece una alta rentabilidad por su desarrollado equipamiento

hidráulico, y los mecanismos que permiten lograr un rápido montaje y desmontaje,

optimizándose el tiempo de puesta en servicio. El montaje se caracteriza por ser

especialmente ligero, rápido, seguro y porque puede ser llevado a cabo por un solo

operador sin ningún problema.

Por lo expuesto anteriormente, se establece que la máquina cumple con todos

los objetivos iniciales del proyecto, los cuales fueron desarrollados de forma

satisfactoria, en el ámbito de lograr un diseño con parámetros de carga mayores a

los especificados, esto con la finalidad de garantizar el buen funcionamiento

de la máquina y hacerla más confiable. Así también se pudo evaluar que la

fabricación de esta máquina, representa un costo mucho menor al establecido

por empresas internacionales, abocadas al diseño y construcción de este tipo de

cizalladoras.

Por último, señalar que la tendencia actual en el mundo de las cizalladoras es,

por un lado reducir los costes automatizando el proceso de fabricación y por otro

reducir el tiempo de montaje así como las personas necesarias para el mismo,

logrando construir de forma eficaz, con sencillez, velocidad, seguridad y

economía.

162

5.3.2 Recomendaciones

Las recomendaciones se fundamentan en torno a la aplicación de esta

máquina, tomando en cuenta el respectivo estudio técnico y económico,

evidenciando las ventajas de sus prestaciones, comparadas con aquellas

pertenecientes a las máquinas utilizadas actualmente en el país. Por tanto es

recomendable el uso de este sistema de corte para las exigencias actuales.

Todos los tiempos de construcción fueron realizados considerando una

persona para cada especialidad (técnico mecánico, técnico soldador, pintor,

ayudantes); pero si fuera el caso de construirla en un tiempo menor, puede

efectuarse contando con un equipo de mayor personal técnico.

Al tratarse de una máquina cuya posible falla en algún sistema significaría

tiempos muertos, es necesario tomar muy en cuenta el mantenimiento de

la misma constantemente, realizando inspecciones continuas de fugas de aceite,

desgastes en rodamientos, ruidos extraños, etc. Todos estos deben ser efectuados

rigurosamente acorde a las recomendaciones que los fabricantes proponen,

además de considerarse lo estipulado. Así también se debe realizar la capacitación

del personal técnico en los campos de operación y mantenimiento de la máquina.

De esta forma se asegurará un funcionamiento continuo y libre de fallas.

Dentro de las recomendaciones técnicas, se debe tomar en cuenta el tiempo

de prueba y ajuste de la máquina, antes de que esta sea puesta en operación por

primera vez, e integrarse al trabajo de corte.

5.3.3 Recomendaciones para el corte

5.3.3.1 Corte por la izquierda La cuchilla de corte comienza a bajar por la parte izquierda de la máquina. Para cortar.

5.3.3.2 Escuadrado de la chapa La chapa cortar debe quedar perfectamente alineada con la escuadra de la zona de alimentación, de esta forma nos aseguramos un corte perpendicular.

Cualquier pieza, ésta debe colocarse en el límite izquierdo de la zona de alimentación.

163

5.3.3.3 Prensa chapas En piezas pequeñas, debemos asegurarnos que siempre queden bajo un prensa chapas.

Figura 5.1 Prensa chapas


5.3.4 Trabajos futuros

La máquina fue diseñada considerando todos los aspectos para su puesta en

funcionamiento, pero en busca de mejorar aquellos sistemas que lo conforman, el

presente proyecto puede servir de base para la ejecución de futuros, que

contemplen lo siguiente:

- Implementación o mejora del sistema de control, proyectando un sistema

automatizado y de fácil manipulación, para equipos de elevación y transporte de

este tipo.

- Aplicación de nuevos materiales en la fabricación de este tipo de máquinas,

significando una disminución en el peso global de la máquina y las solicitaciones

que este representa, logrando el diseño de una máquina más compacta y de mayor

versatilidad.

5.4 Bibliografía

EQUIPO1

Texto tecleado

164

Diseño de máquinas – Norton, Robert L., PRENTICE HALL, México, 1999 1ª

Ed.

Diseño en ingeniería mecánica – Shigley, Joseph E.; Mischke, Charles R.,

McGraw-Hill Interamericana editores S.A., 2002 6ª Ed.

Aparatos de corte, TOMO 1, principios y elementos constructivos –

Hellmut Ernst, Editorial BLUME, Barcelona

Cizalladoras – Emilio Larrodé, Antonio Miravete, Editorial Reverté, España, 2001

Diseño de estructuras de acero, método LRFD – McCormac Jack C.

Alfaomega, 2002 2ª Ed.

Monografías de la construcción, Operador de cizalladoras torre – Luis Jiménes

López, Ediciones Ceac S.A., 2005 1ª Ed.

AISC, Manual of steel construction – Allowable Stress Design, 9th Ed.

Diseño de elementos de máquinas – Mott Robert L., Pearson Education,

México, 2006 4ª Ed.

Oleo hidráulica – Antonio Serrano Nicolás, McGraw-Hill Interamericana de

España, 2002 1ª Ed.

EQUIPO1

Texto tecleado

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3 2,

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3 C

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rar

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1,

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n M

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20,0

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sum

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Stress Analysis Report Analyzed File: Elementos Finitos Cizalla.iam

Autodesk Inventor Version: 2014 (Build 180170000, 170)

Creation Date: 06/12/2013, 15:40

Simulation Author: bizarob

For: Efrain Chura Acero

Project Info (iProperties) Project

Summary

Author Efrain Chura Acero

Status

Design Status WorkInProgress

Physical

Mass 3327,02 kg

Area 22746900 mm^2

Volume 423823000 mm^3

Center of Gravity x=-1155,62 mm y=2066,52 mm z=-1540,59 mm

Note: Physical values could be different from Physical values used by FEA reported below.

Simulation:1 General objective and settings:

Design Objective Single Point

Simulation Type Static Analysis

Last Modification Date 06/12/2013, 15:36

Detect and Eliminate Rigid Body Modes No

Separate Stresses Across Contact Surfaces No

Motion Loads Analysis No

Mesh settings:

Avg. Element Size (fraction of model diameter) 0.1

Min. Element Size (fraction of avg. size) 0.2

Grading Factor 1.5

Max. Turn Angle 60 deg

Create Curved Mesh Elements No

Use part based measure for Assembly mesh Yes

Part Number Elementos Finitos Cizalla

Designer Efrain Chura Acero

Cost 0,00 €

Date Created 24/10/2013

Material(s)

Name Steel

General

Mass Density 7,85 g/cm^3

Yield Strength 207 MPa

Ultimate Tensile Strength 345 MPa

Stress

Young's Modulus 210 GPa

Poisson's Ratio 0,3 ul

Shear Modulus 80,7692 GPa

Part Name(s)

Perfil de sujecion Mesa de trabajo Soporte de cuchilla inferior Cuchilla inferior DIN EN ISO 10642 M10 x 50 DIN EN ISO 10642 M10 x 50 DIN EN ISO 10642 M10 x 50 DIN EN ISO 10642 M10 x 50 DIN EN ISO 10642 M10 x 50 DIN EN ISO 10642 M10 x 50 DIN EN ISO 10642 M10 x 50 DIN EN ISO 10642 M10 x 50 DIN EN ISO 10642 M10 x 50 Mesa de trabajo Mesa de trabajo Mesa de trabajo Soporte planchas Soporte planchas Soporte planchas Soporte planchas Plancha para corte solida Cuchilla Soporte de cuchilla trancha 2

Name Steel, Mild

General

Mass Density 7,86 g/cm^3

Yield Strength 207 MPa

Ultimate Tensile Strength 345 MPa

Stress

Young's Modulus 220 GPa

Poisson's Ratio 0,275 ul

Shear Modulus 86,2745 GPa

Part Name(s)

DIN 7984 M14 x 60 DIN 7984 M14 x 60 DIN 7984 M14 x 60 DIN 7984 M14 x 60 DIN 7984 M14 x 60 DIN 7984 M14 x 60 DIN 7984 M14 x 60 DIN 7984 M14 x 60 DIN 7984 M14 x 60 DIN 6912 M6 x 25 DIN 6912 M6 x 25

DIN 6912 M6 x 25 DIN 6912 M6 x 25 Broached Socket Head Cap Screw - Metric M8x1,25 x 65 Broached Socket Head Cap Screw - Metric M8x1,25 x 65 Broached Socket Head Cap Screw - Metric M8x1,25 x 65 Broached Socket Head Cap Screw - Metric M8x1,25 x 65 Broached Socket Head Cap Screw - Metric M8x1,25 x 65 Guia trancha Guia trancha Guia trancha Guia trancha

Operating conditions

Gravity

Load Type Gravity

Magnitude 9810.000 mm/s^2

Vector X -0.090 mm/s^2

Vector Y -9810.000 mm/s^2

Vector Z -0.000 mm/s^2

Selected Face(s)

Force:2

Load Type Force

Magnitude 30000.000 N

Vector X -0.276 N

Vector Y -30000.000 N

Vector Z -0.000 N

Selected Face(s)

Fixed Constraint:1

Constraint Type Fixed Constraint

Selected Face(s)

Fixed Constraint:2

Constraint Type Fixed Constraint

Selected Face(s)

Results

Reaction Force and Moment on Constraints

Constraint Name Reaction Force Reaction Moment

Magnitude Component (X,Y,Z) Magnitude Component (X,Y,Z)

Fixed Constraint:1 32024,6 N

0 N

10837,5 N m

-4294,33 N m

31398,1 N -2909,27 N m

-6303,23 N -9515,62 N m

Fixed Constraint:2 31868,3 N

0 N

1929,04 N m

-1865,89 N m

31239,6 N 359,189 N m

6298,96 N 332,643 N m

Result Summary

Name Minimum Maximum

Volume 423823000 mm^3

Mass 3327,01 kg

Von Mises Stress 0,0000000184799 MPa 8,03546 MPa

1st Principal Stress -2,94158 MPa 4,42171 MPa

3rd Principal Stress -10,998 MPa 0,742845 MPa

Displacement 0 mm 0,0672243 mm

Safety Factor 15 ul 15 ul

Figures

Von Mises Stress

1st Principal Stress

3rd Principal Stress

Displacement

Safety Factor

1 A4

Estado Cambios Fecha Nombre

Dibujado

Revisado

Aprobado

Fecha Nombre25/06/13

UMSAFACULTAD DE INGENIERÍA

INGENIERÍA MECÁNICA Y ELECTROMECÁNICA

Ing. Edgar Tapia

Efraín Chura Acero

Ing. Edgar Tapia

Escala:

Cubierta Lateral

MÁQUINA CIZALLADORA HIDRÁULICA PARACHAPAS DE ACERO

MCH-01-1

1:20

R2046

2003

1812

1941

1115

R86

594

463

271

771

107°

29

84 12079

20

931

73

80

2 A4


Dibujado

Revisado

Aprobado




Ing. Edgar Tapia

Efraín Chura Acero

Ing. Edgar Tapia

Escala:

Vertical mesa


MCH-01-2

1:25

3400

770

20

3 A4


Dibujado

Revisado

Aprobado




Ing. Edgar Tapia

Efraín Chura Acero

Ing. Edgar Tapia

Escala:

EN 10058 - 120 x 40 - 3400


MCH-01-3

1 :25

3400

120

40

390

2620

390

4 A4


Dibujado

Revisado

Aprobado




Ing. Edgar Tapia

Efraín Chura Acero

Ing. Edgar Tapia

Escala:

Rampa de caida


MCH-01-4

Cantidad: 1

1 : 30

1148

3400

149

120°

999

Desarrollo plancha

Ángulo de pliegue

5 A4


Dibujado

Revisado

Aprobado




Ing. Edgar Tapia

Efraín Chura Acero

Ing. Edgar Tapia

Escala:

EN 10060 - 38 - 200


MCH-01-5

Cantidad: 1

1:2

200

n38

6 A4


Dibujado

Revisado

Aprobado




Ing. Edgar Tapia

Efraín Chura Acero

Ing. Edgar Tapia

Escala:

DIN 59 410 - 100x100x4-3400


MCH-01-6

1:20

3400

100

84

e=4

7 A4


Dibujado

Revisado

Aprobado




Ing. Edgar Tapia

Efraín Chura Acero

Ing. Edgar Tapia

Escala:

Cubiertas posteriores


MCH-01-7

Desarrollo plancha

1:25

3400

499

90°

90°

90°

90°

272539

525 27

Ángulos de pliegue

8 A4


Dibujado

Revisado

Aprobado




Ing. Edgar Tapia

Efraín Chura Acero

Ing. Edgar Tapia

Escala:

EN 10060 - 38 - 300


MCH-01-8

1:2

300

n38

9 A4


Dibujado

Revisado

Aprobado




Ing. Edgar Tapia

Efraín Chura Acero

Ing. Edgar Tapia

Escala:

Soprte de grupo hidraulico


MCH-01-9

1:5

837

100

15

20

8

3

66

31

10 A4


Dibujado

Revisado

Aprobado




Ing. Edgar Tapia

Efraín Chura Acero

Ing. Edgar Tapia

Escala:

Synchronous Belt


MCH-01-10

1:15

R52

R50

2000

19

11 A4


Dibujado

Revisado

Aprobado




Ing. Edgar Tapia

Efraín Chura Acero

Ing. Edgar Tapia

Escala:

Tornillo


MCH-01-11

1:8

1000

150

5080

0

n43

12 A4


Dibujado

Revisado

Aprobado




Ing. Edgar Tapia

Efraín Chura Acero

Ing. Edgar Tapia

Escala:

Synchronous Pulley1


MCH-01-12

1:1

25

R22

4

10

50

AF ( 1 : 5 )

13 A4


Dibujado

Revisado

Aprobado




Ing. Edgar Tapia

Efraín Chura Acero

Ing. Edgar Tapia

Escala:

DIN 59 410 - 120x60x4-2800


MCH-01-13

AF

1:20

2800

120

60

4

14 A4


Dibujado

Revisado

Aprobado




Ing. Edgar Tapia

Efraín Chura Acero

Ing. Edgar Tapia

Escala:

Cubierta Lateral 2


MCH-01-14

1:20

1941

1812

55

1360

1131

633

R69

847

100

706

72

399

107°

372

425 710 290

25

40

40150

1

690

820

20

1040

AG ( 1 : 5 )

15 A4


Dibujado

Revisado

Aprobado




Ing. Edgar Tapia

Efraín Chura Acero

Ing. Edgar Tapia

Escala:

DIN 59 410 - 90x50x4-3400


MCH-01-15

AG1:20

3400

50

90

4

90

16 A4


Dibujado

Revisado

Aprobado




Ing. Edgar Tapia

Efraín Chura Acero

Ing. Edgar Tapia

Escala:

Caja de control 2


MCH-01-16

1:10

504

632

504

2622

7

171

296

7929

6

17 A4


Dibujado

Revisado

Aprobado




Ing. Edgar Tapia

Efraín Chura Acero

Ing. Edgar Tapia

Escala:

Trancha


MCH-01-17

1:25

975

13212° 12

°

794

50

2510

100

162

30

184

388 388

290

18 A4


Dibujado

Revisado

Aprobado




Ing. Edgar Tapia

Efraín Chura Acero

Ing. Edgar Tapia

Escala:

Cuchilla


MCH-01-18

1:20

3233

15

94

5116

316

316

316

316

316

316

316

316

316

316

316

316

316

316

316

316

316

316

3

AJ ( 1 : 2 )

19 A4


Dibujado

Revisado

Aprobado




Ing. Edgar Tapia

Efraín Chura Acero

Ing. Edgar Tapia

Escala:

Soporte de cuchilla


MCH-01-19

AJ

1:20

3340

163

163

163

163

163

163

163

163

163

163

163

163

163

163

163

163

163

163

163

156

n10 THRU

DIN 974 - n13 X 8

30

50

822

AK ( 1 : 1 )

20 A4


Dibujado

Revisado

Aprobado




Ing. Edgar Tapia

Efraín Chura Acero

Ing. Edgar Tapia

Escala:

Cuchilla inferior


MCH-01-20

AK

1:20

3233

94

1516

316

316

316

316

316

316

316

316

316

316

316

316

316

316

316

316

316

316

394

n0 THRU

DIN 74 - n1 X 82°

15

131°

13

14n

10n

AL ( 1 : 5 )

AM ( 1 : 5 )

21 A4


Dibujado

Revisado

Aprobado




Ing. Edgar Tapia

Efraín Chura Acero

Ing. Edgar Tapia

Escala:

Soporte de cuchilla inferior


MCH-01-21

AL

AM

AP

3340

400

400

400

400

400

400

400

400

163

163

163

163

163

163

163

163

163

163

163

163

163

163

163

163

163

163

163

n10 THRU

DIN 974 - n22 X 10

M10x1.5 - 6H

10 22

10

10

20

50

30

1:20

22 A4


Dibujado

Revisado

Aprobado




Ing. Edgar Tapia

Efraín Chura Acero

Ing. Edgar Tapia

Escala:

Mesa de trabajo


MCH-01-22

905

173

905

173

905

170

200201

143

1050

1050

1050

107

6040

040

040

040

040

040

040

040

014

0

M10x1.5 - 6HM8x1.25 - 6H

M8x1.25 - 6H

20

800

3400

398

15

70

230

1:20

23 A4


Dibujado

Revisado

Aprobado




Ing. Edgar Tapia

Efraín Chura Acero

Ing. Edgar Tapia

Escala:

Mesa de trabajo


MCH-01-23

934

558

6033

860

99

38

20

65

32

1:10

AR ( 1 : 2 )

24 A4


Dibujado

Revisado

Aprobado




Ing. Edgar Tapia

Efraín Chura Acero

Ing. Edgar Tapia

Escala:

Soporte planchas


MCH-01-24

AR

1400

63

38

37 16 10

8

63

21

4050

0

n8 THRU

DIN 974 - n18 X 12

1:10

AT ( 0,08 : 1 )

25 A4


Dibujado

Revisado

Aprobado




Ing. Edgar Tapia

Efraín Chura Acero

Ing. Edgar Tapia

Escala:

Cubierta Frontal media


MCH-01-25

AT

370 135°

220

3568

3346

150

160

30

10

440

10

20

n30 n

30

152

71

7550

60

190

1:25

26 A4


Dibujado

Revisado

Aprobado




Ing. Edgar Tapia

Efraín Chura Acero

Ing. Edgar Tapia

Escala:

Cubierta mesa


MCH-01-26

1:25

163°

Ángulo de pliegue

Desarrollo plancha

3400

759

400

360

27 A4


Dibujado

Revisado

Aprobado




Ing. Edgar Tapia

Efraín Chura Acero

Ing. Edgar Tapia

Escala:

EN 10058 - 80 x 20 - 500


MCH-01-27

500

80

20

1:5

28 A4


Dibujado

Revisado

Aprobado




Ing. Edgar Tapia

Efraín Chura Acero

Ing. Edgar Tapia

Escala:

EN 10058 - 80 x 20 - 450


MCH-01-28

1:5

450

80

n10

20

7575

40

29 A4


Dibujado

Revisado

Aprobado




Ing. Edgar Tapia

Efraín Chura Acero

Ing. Edgar Tapia

Escala:

Cubierta Frontal Superior


MCH-01-29

1:25

3400

1050

3320 4040

100

20

450

300

40

30 A4


Dibujado

Revisado

Aprobado




Ing. Edgar Tapia

Efraín Chura Acero

Ing. Edgar Tapia

Escala:

Baston


MCH-01-30

940

650

191

R100

240

81 23°

79

n450

8

10

78

294

162

37

40

25

70

59

106

1:10

AU ( 1 : 5 )

31 A4


Dibujado

Revisado

Aprobado




Ing. Edgar Tapia

Efraín Chura Acero

Ing. Edgar Tapia

Escala:

Conjunto Pisores


MCH-01-31

AU

1:25

220

3395

60

20

70

2012

020

30

40

45

70

114 288 288 288 288 288 288 288 288 288 288 288 113

32 A4


Dibujado

Revisado

Aprobado




Ing. Edgar Tapia

Efraín Chura Acero

Ing. Edgar Tapia

Escala:

Control


MCH-01-32

320

352

163 1631314

714

713

187

R6291

R8

n109

200

1:5

33 A4


Dibujado

Revisado

Aprobado




Ing. Edgar Tapia

Efraín Chura Acero

Ing. Edgar Tapia

Escala:

Caja de circuitos


MCH-01-33

800

640

145

55

320

283 32

370

98

1:10

34 A4


Dibujado

Revisado

Aprobado




Ing. Edgar Tapia

Efraín Chura Acero

Ing. Edgar Tapia

Escala:

Conjunto Hidraulico


MCH-01-34

1 037

576

512

n312 578

892 943

1:15

1

1

2

2

3

3

4

4

5

5

6

6

A A

B B

C C

D D

A3


Dibujado

Revisado

Aprobado




Ing. Edgar Tapia

Efraín Chura Acero

Ing. Edgar Tapia

Escala:

Ensamble Cizalla


MCH-01-

1:10

A

2628

4160

2150

1

1

2

2

3

3

4

4

5

5

6

6

A A

B B

C C

D D

1

1

2

2

3

3

4

4

5

5

6

6

A A

B B

C C

D D

A3


Dibujado

Revisado

Aprobado




Ing. Edgar Tapia

Efraín Chura Acero

Ing. Edgar Tapia

Escala:

Ensamble Cizalla


MCH-01-

LISTA DE PARTESPART NUMBERQTYITEM

Cubierta Lateral11Vertical mesa12EN 10058 - 120 x 40 - 34006800,000

mm3

Rampa de caida14EN 10060 - 38 - 200400,000

mm5

DIN 59 410 - 100x100x4-34003400,000 mm

6

Cubiertas posteriores17EN 10060 - 38 - 300600,000

mm8

Soprte de grupo hidraulico29Synchronous Belt210Synchronous Pulley1212DIN 59 410 - 120x60x4-180360,000

mm13

Cubierta Lateral 2114DIN 59 410 - 90x50x4-34006800,000

mm15

Caja de control 2116Trancha117Cuchilla118Soporte de cuchilla119Cuchilla inferior120Soporte de cuchilla inferior121Mesa de trabajo423Soporte planchas424Cubierta Frontal media125Cubierta mesa126EN 10058 - 80 x 20 - 5002000,000

mm27

EN 10058 - 80 x 20 - 450900,000 mm

28

vastago_MIR128Cubierta Frontal Superior129Baston130Sujecion de Pisores131Control132Caja de circuitos133Conjunto Hidraulico134

1:14

B

1

14

2 3 4 76

31

29

28

27

26

25

24

2322

21

2019 18

17

16

15

13

11

12

9

10

8

5

30

32

3334

Efrain Chura Acero, Diseño de una Maquina Cizalladora Hidraulica para chapas de acero

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