Resumen – En este documento, se detallan las herramientas básicas, para desarrollo de nuevos productos en la industria realizado con Software Catia, la selección de materiales, modelado de piezas, ensamblajes, análisis de esfuerzos y mecanizados. Además, se especifica la aplicación del software Catia en la fabricación del utillaje de forjado para la fabricación de grifería sanitaria en la empresa Fv Franz Viegener S.A,

Índices – Software CATIA, Modelado de piezas, Análisis de esfuerzos, Mecanizados, CAD/CAM

I. NOMENCLATURA

CATIA: Computer-Aided Three Dimensional Interactive Application, Diseño asistido por un computador de aplicación interactiva en tres dimensiones.

II. INTRODUCCIÓN

El programa CATIA creado por Dassault Systems y está

desarrollado para proporcionar apoyo desde la

concepción del diseño asistido por ordenador (CAD),

(CAM) Manufactura asistido por computador y el

análisis de productos (CAE) Ingeniería asistida por

computadora.

Se trata de uno del software más potentes y demandado

del mundo industrial, debido a su fácil manejo de las

geometrías 3D. Es utilizado en la industria aeronáutica

para realizar superficies complejas, así como en la

industria del automóvil para el desarrollo del diseño y de

componentes de carrocería.

El principal propósito es brindar apoyo en el análisis de

nuevos productos desde la concepción del diseño hasta la

producción.

En sus inicios fue desarrollado para la industria

aeronáutica para el modelado y fabricación de piezas

ya que manejan superficies complejas, debido a su

versatilidad es actualmente empleado en la industria

automotriz para el diseño y desarrollo de utillajes para

los componentes de carrocería. .

Adicionalmente CATIA nos permite realizar interfaces

con VERICUT directamente, el cual nos permite

realizar la simulación de mecanizado CNC, simulando el

movimiento de la herramienta durante el proceso de

eliminación de material, en procesos de taladrado y

fresado permitiendo optimizar programas NC o formato

de código G postprocesado, reducción de tiempos de

fabricación, cantidad de piezas merma o desechadas,

herramientas rotas y posible colisión durante el

mecanizado. [1]

Figura1: Interfaz CATIA-Vericut.

Fuente:http://www.cgtech.com/solutions/interface-

showrooms/catia/

SOTWARE-CATIA

Darwin Pachacama (1)Christian Villarreal (2)

Pedro Sandoval (3)Sistemas y tecnologías de la información, Maestría en Ingeniería Industrial y Productividad

Escuela Politécnica NacionalLadrón de Guevara E11-253, Quito, Ecuador. Teléfono: (005932)2507144(ext.446).

E-Mail: (1) andersn383@hotmail.com (2) christian.villa201191@gmail.com

(3) sandovalpedroch@gmail.com

III. FASES PARA EL DESARROLLO DE PRODUCTOS CON SOFTWARE CATIA.

1.1. DISENO DEL PRODUCTO.

En esta etapa requiere tener claro la funcionalidad del

producto nuevo a diseñar o a su vez la mejora a realizar,

ya que se estima que entre el 70 y 80 % de los costos de

desarrollo y fabricación es determinado en la fase

inicial, determinando el éxito o el fracaso del diseño.

Identificando varias etapas en el diseño:

1. Identificación del problema:

Tener claro la funcionalidad, necesidad y

cumplir con los objetivos del diseño.

2. Ideación:

Lluvias de ideas, las cual son plasmados

en bocetos técnicos.

3. Refinamiento/análisis:

Perfeccionar los bocetos empleando

bosquejo, realizando un respectivo análisis

de ingeniería.

4. Implementación/documentación:

Concluyen y aprueban los dibujos de

producción y/o funcionamiento que

proporcionan los detalles de fabricación y

ensamble.

Figura2: Etapas del proceso del diseño.[2]

5. Ciclo de vida:

Son aspectos de un producto a considerar

cómo; su diseño, desarrollo, producción,

distribución, uso, disposición final y

reciclaje. Preservando nuestro medio

ambiente.

.

Figura3: Ciclo de vida de un producto.[2]

1.2. DISENO ASISTIDO POR CUMPUTADOR

PARA EL MODELADO 2D y 3D.

Debido a la complejidad de los diseños, el estudio

de análisis de esfuerzos, deflexiones y determinar la

forma óptima de la pieza, se ha simplificado

mediante el uso de técnicas de diseño:

CAD Diseño asistido por computador:

El cual permite un modelado geométrico en 2D y

3D, los cuales son bocetos técnicos del diseño para

posterior manufactura o fabricación.

Figura 4 Software CATIA. [3]

CAM Manufactura asistido por computador:

Proporciona un control computarizado en el proceso

de manufactura, mediante el interfaz de la

computadora permite controlar maquinas CNC

desde modelo CAD.

Figura 5 Software CATIA. [3]

CAE Ingeniería asistida por computadora:

Permite al usuario simular y analizar estructuras que

estarán sometidas a diferentes temperaturas, cargas

estáticas o cargas dinámicas, creando diseños

eficientes, precisos y rápidos.

Debido a su versatilidad en el diseño el software

CATIA contempla las tres técnicas de diseño CAD-

CAM-CAE.

Figura 6 Software CATIA. [3]

Figura 7 Software CATIA. [3]

1.3. TIPO DE MATERIAL

En la actualidad existe una gran variedad de

materiales disponibles en el mercado, cada uno con

sus propias características, aplicaciones, ventajas y

limitaciones, a continuación de detalla los tipos

generales de material que se emplean en

manufactura ya sea individual o en aleación:

Metales ferrosos: carbono, aleación, acero

inoxidable.

Campo de aplicación; aceros para

herramientas, utillajes, troqueles, aceros

para estructuras.

Metales no ferrosos: aluminio, magnesio,

cobre, níquel, titanio, superaleaciones,

metales refractarios, berilio, circonio,

aleaciones con bajo punto de fusión.

Campo de aplicación; engranajes, cables

eléctricos, tornillería, hélices, turbinas de

barcos, grifería y tuberías de agua.

Plásticos: termoplásticos, termoestables y

aleaciones.

Campo de aplicación; cubiertas de

máquinas eléctricas, aislamiento de cables

eléctricos, correas de trasmisión, tubos pvc,

Cerámicas: cerámica de vidrio, vidrios,

grafito, diamante, y materiales tipo

diamante.

Campo de aplicación; hornos de

tratamiento térmico y hornos de fundición

para metales.

Materiales compuestos: plásticos

reforzados, compuestos de matriz metálica

y matriz cerámica.

Campo de aplicación; Aeronáutica en

fuselajes de aviones, automoción,

fabricación de avionetas, yates, cabinas de

coches y camiones.

1.1. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES.

Es importante considerar las propiedades de cada

material, estas se subdividen en:

Propiedades mecánicas.

Es la aplicación de fuerza sobre los metales.

· Dureza: Resistencia que ofrece un metal a ser

rayado, cortado o perforado.

· Tenacidad: Resistencia que ofrece un metal a

romperse cuando es golpeado.

· Ductilidad: Capacidad que tienen algunos metales

de convertirse en hilos finos cuando son estirados.

· Maleabilidad: Capacidad que tienen algunos

metales de convertirse en láminas finas cuando son

extendidos.

· Fragilidad: Facilidad con la que se rompe un

metal cuando es golpeado.

· Elasticidad: Capacidad que tienen algunos

metales de recuperar su forma inicial cuando finaliza

la fuerza que lo ha deformado.

· Plasticidad: Cuando no son capaces de recuperar

su forma inicial al finalizar la fuerza que lo ha

deformado.

Propiedades térmicas.

Es la aplicación de calor sobre los metales

· Conductividad térmica: Capacidad que tienen los

metales para conducir el calor a través de ellos.

· Dilatación y contracción: Un metal se dilata

cuando al incrementar temperatura aumenta de

tamaño y se contrae cuando disminuir temperatura

disminuye de tamaño.

· Fusibilidad: Propiedad que tienen los materiales

de fundirse, es decir, cambiar de estado sólido a

líquido cuando sube la temperatura.

· Soldabilidad: Capacidad que tienen algunos

metales de unirse a altas temperaturas.

Propiedades eléctricas

Son buenos conductores de corriente eléctrica sobre

los metales.

· Conductividad eléctrica: Capacidad que tienen

los metales para conducir la corriente eléctrica a

través de ellos.

Propiedades químicas

Forma en que los metales reaccionan con sustancias.

· Oxidación: Facilidad con la que reaccionan el

metal con el oxígeno del aire o del agua y cubrirse

con una capa de óxido.

Propiedades ecológicas

Metales como se relacionan con el medio ambiente.

· Los metales se pueden reciclar: Una vez

desechados, se pueden reutilizar más adelante.

· Los metales son materiales no renovables: Los

metales se agotarán, pues las minas agotarán sus

reservas de minerales.

· Algunos metales son tóxicos: Producen daño a los

seres vivos, como son el plomo y el mercurio.

Ejemplo: Propiedades del acero para trabajo en frio

AISI 01

Figura 8 Propiedades del acero AISI 01. [4].

1.4. COSTOS DE FABRICACION.

Esta parte es fundamental ya que nos ayuda a

proyectar el costo de producto, estimar sus

volúmenes de producción, ventas, utilidad generada

y rentabilidad.

Los costos del producto incluyen los siguientes

elementos:

Materiales Directos: costo de materia prima,

material de empaque y embalajes, etc.

Mano de obra directa: sueldos del personal que

intervienen en la producción de bienes y servicios.

Costos indirectos de fabricación; costos asociados

a la operación de una planta, se subdivide en;

Materiales indirectos: combustibles, repuestos,

etc.

Mano de obra indirecta: sueldo personal

almacén, supervisores de planta, etc.

Otros costos indirectos de manufactura:

depreciación de maquinaria, seguros,

impuestos, servicio públicos (energía,

eléctrica, agua potable, teléfono, internet)

Figura: 9 Costos de fabricación. [5]

Fuente:http://es.wikibooks.org/wiki/

Administración_de_empresas

Cálculos del costo del producto. [5]

Costo Primo = Materia prima directa + mano de obra

directa.

Gastos indirectos operación = (Mano de obra indirecta +

material indirectos)/ periodo.

Costo de Producción =Costo Primo + Gastos indirectos

operación.

Costo Total=Costo de Producción + gastos de operación.

Precio de Venta =Costo Total + % de utilidad deseado.

I. REQUERIMIENTOS MINMIMOS DEL SISTEMA

OPERATIVO

Espacio en disco: mínimo 4 GB.

Memoria RAM 512 MB.

Se requiere placa de red pero no conexión de

internet.

Tarjeta de video de video 128 Mb.

Procesador de 64 bits hasta para aprovechar los

recursos de memoria.

Windows XP Professional x64 para CATIA V5

de 64 bits.

II. IMPLEMENTACION DEL SOFTWARE CATIA

EN LA FABRICACION DE UTILLAJE PARA

PRODUCCION DE GRIFERIA SANITARIA

En la empresa FV Franz Viegener S.A, la sección de

ingeniería, subdivisión matriceria se encuentran a cargo

del diseño y manufactura del utillaje de forja y moldes de

inyección como proveedor interno a las secciones de

fundición, prensas y sección plástico.

La sección fundición, realiza la primera etapa de

fabricación de grifería por proceso de forja por prensa.

Parámetros a emplear con software CATIA para el

diseño y fabricación del utillaje sección fundición.

.

1.1. Definir proceso de fabricación.

Proceso de forja por prensa:

El proceso consiste en el conformado por deformación

plástica, se realiza cuando el material está caliente, la

deformación del material es producida por la aplicación

de fuerzas de compresión.

Figura 10 Proceso de forjado

Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Forja.

1.1. Características Prensa para forja:

Es esencial tener la información de la máquina para el

realizar el dimensionamiento del utillaje y análisis de

esfuerzos en software CATIA.

Datos técnicos

Fuerza nominal: 4000 KN

ø husillo:160 mm

Dimensiones mesa: 400 x 380 mm

Número de golpes /minuto: 50

Carrera del martillo: 300 mm

Distancia mesa-corredera:400 mm

Constructor: BERRENBERG.

Etapas de fabricación desde el conformado de

grifería.

Fase 11 Aleación de latón, horno. [6]

Fase 12 Preforma de Aleación de latón. [6]

Fase 13 Conformado por deformación plástica en

caliente [6]

Fase 14 Eliminación chapa, exceso de material. [6]

Fase 15 Acabado final.[6]

1.1. Selección de material del utillaje.

Definir las partes que conformar nuestro utillaje y

material con el cual vamos a construir, de acuerdo a

nuestro proceso de trabajo, ya que se realiza un

análisis de esfuerzo-deformación mediante elementos

finitos para optimizar nuestro diseño y en la

manufactura para el cálculo de velocidades de corte y

avance generados automáticamente tanto en el software

CATIA durante la simulación, como el centro de

mecanizado durante el mecanizado.

Figura 16 Material para trabajo en caliente. [7]

Figura 17 Partes de un utillaje [7]

1.2.Diseño en sistema CAD, Software

CATIA.

Elaboramos un bosquejo en 2D o modelo 3D del utillaje

con la forma que se requiere diseñar en Software

CATIA con la opción de los siguientes módulos.

Part Design: Entorno donde se crearán modelos sólidos.

Todos los archivos creados tendrán asociada la extensión

CATPart.

· Assembly Design: Entorno usado para ensamblar

componentes utilizando restricciones. Todos los archivos

creados tendrán asociada la extensión CATProduct.

· Wireframe and Surface Design: Entorno donde se

crearán modelos en base a superficie. Todos los archivos

creados también tendrán asociada la extensión CATPart.

Figura 18 Pantalla inicio boceto 3D. [3]

Figura: 19 Modelado 3D. [3]

1.1.Análisis esfuerzo-deformación en

sistema CAE, Software CATIA.

Se realiza un análisis de esfuerzo-deformación

mediante elementos finitos, verificar la distribución

de esfuerzos y posibles fallos que puede ocasionar

durante el trabajo del utillaje, de esta manera

optimizar el diseño, sin perdidas de material y mano

de obra.

Figura 20 Aplicar carga de compresión. [3]

Figura 21 Analisis esfuerzo-deformacion. [3]

1.2.Simulación de mecanizado en

sistema CAM, Software CATIA.

Determinado el diseño, procedemos a la simulación

de la manufactura con el módulo Surface

Machining, adicionalmente el software nos calcula

automáticamente velocidad, avances de corte de

acuerdo a los parámetros de material del utillaje,

material de la herramientas corte previamente

seleccionados, generando n programas de

mecanizado hasta dejar la forma requerida del

utillaje, calculando un tiempo teórico estimado en

ejecutar el mecanizado, luego se guardan los

programas en código ISO en formato txt de block

de notas, y se envían al disco duro de la maquina

CNC que se encuentra conectado en red, ejecutando

el mecanizado, estos programas a su vez se guardan

respaldos en una base de datos del servidor,

registrando un historial de mecanizado.

Adjunto las imágenes donde se puede apreciar la

secuencia de fabricación.

Figura 22 Mecanizado 1 desbaste. [3]

Figura 23 Mecanizado 1 simulación. [3]

Figura24 Mecanizado 2 simulación. [3]

Figura 25 Generación de códigos ISO. [3]

Figura 26 Código ISO generado. [3]

Figura 27 Utillaje mecanizado [6]

V. CONCLUSIONES.

Nos ayuda a optimizar tiempo y costo en el

desarrollo de matrices, con una mayor calidad

en el diseño.

Una vez desarrollado el diseño y manufactura,

si se requiere modificar el diseño inicial, no

tiene ningún inconveniente se actualizan las

operaciones de manufactura automáticamente.

Al realizar la simulación de la manufactura,

genera automáticamente un tiempo estimado de

fabricación.

CATIA es utilizada en industria

automovilística, y aviación debido a sus

componentes de formas complejas en diseño.

VI. REFERENCIAS

[1] Lorincz, Jim (mayo de 2010). "Partes de la energía

son complejas y grandes". Tecnología de Fabricación de

Australia.

[2] Giesecke, Mitchell, Spencer, Hill, Dygdon, Novak, Lockhart “Dibujo técnico con graficas de ingeniería”Decimocuarta edición PEARSON, México, 2013

[3] Software Catia.

[4] Catalogo de materiales IVAN BHOMAN.

[5] http://es.wikibooks.org/wiki/Administración_

de_empresas

[6] Matriceria, Fv Franz viegener.

[7] Catalogo de materiales Uddeholm.

VII. BIOGRAFIA.

Darwin Pachacama, nació en

Quito-Ecuador el 27 de Agosto de

1984. Realizó sus estudios

secundarios en el Instituto

Tecnológico Central Técnico. Se

graduó en la Universidad Politécnica

Salesiana como Ingeniero Mecánico en 2008.

Actualmente cursando Posgrado en Ingeniería Industrial

en la Escuela Politécnica Nacional. Actualmente

desempeña el cargo Técnico CAD/ CAM en el

Departamento Ingeniería de la empresa Privada Franz

Viegener S.A.

Áreas de interés: Maquinaria CNC, Diseño de recipientes

a presión, QA/QC soldadura, Ensayos no destructivos en

soldadura. Software CAM

(andersn383@hotmail.com).

(andersn383@gmail.com)

(dpachacama@fvecuador.com)

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VIII.