Maquina Estribadora

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MAQUINARIA INDUSTRIAL I

METODOLOGÍA PARA DISEÑAR UNA MÁQUINA PARA FABRICAR ESTRI- BOS DE ALAMBRÓN ALAMBRÓN PARA LA INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCIÓN

INTRODUCCIÓN A lo largo del tempos, la fabrication de analog de alambrn !estro"s Fig# $%, se &a ec&o de manera artesanal, es &asta a&ora, con la a'"da de n"e( )as tecnolog*as, +"e este proceso se &a meorado e intensificado# intensificado#

Fig. 1.- Estribos par a construcción.

Anteriormente, estos elementos de constr"ccin se reali-aban de manera man"al, los obreros "tili-aban dos postes de pe+"e.as dimensiones para apo'ar el alambrn para aplicarle "n bra-o de palanca para deformarlo/ teniendo como con( sec"encias0 1aa prod"ccin de estribos# Estribos de mala calidad ' de formas irreg"lares# Dif*cil maneo al momento de emplear( los en la constr"ccin#

• • •

2osteriormente, con el desarrollo de m3+"inas simples, se a'"d en en el proceso de fabricacin de estribos# Estas m3+"inas constan principalmente de palancas ' baleros/ sig"iendo el el mismo prin( cipio de f"ncionamiento pero sig"e siendo "n trabao de baa prod"ccin# 2ara este trabao ' en la etapa de in)estigacin, se reali- "n est"dio de mercado de ma+"inaria +"e se "sa act"almente para la fabricacin de estribos de manera a"tom3tica, encontr3ndose lo sig"iente0 •

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Dobladora bidireccional

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Modelo 5g($6b

Fig.3.- Mecanismo de desdoblado del modelo wg-16b

•

2atente 17$F$899 !de origen espa.ol%

Fig.4.- Diagrama esquemático de la máquina dobladora !ista completa

Las des)entaas de estas m3+"inas, es +"e son de grandes operar ' de "n costo m"' ele)ado#

dimensiones, en ocasiones dif*ciles de

2or lo anterior es importante mencionar +"e en la constr"ccin de edificaciones, son de )ital im( portancia los estribos de constr"ccin, por este moti)o, la demanda en el mercado de la cons( tr"ccin es alta ' consec"entemente las m3+"inas +"e los fabrican, es as*, como en este trabao se plantea la idea de dise.ar "na m3+"ina +"e fa( bri+"e los estribos de manera semia"tom3tica, +"e s"pere las deficiencias de la fabricacin man"al ' satisfaga la demanda act"al/ asimismo de reali-ar "na aportacin al desarrollo de tecno( log*a nacional#

PROPUESTA DE DISEÑO La metodolog*a a "tili-ar es la mostrada en la fig"ra :#

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Fig.".-#asos$ %esultados & 'ases del #roceso de Dise(o.

Las especificaciones +"e se deben considerar, en el dise.o de la m3+"ina son0 •

La m3+"ina debe alimentarse a $7; <=> ' 69#

•

Debe ser de f3cil despla-amiento dentro de "n taller con "n peso menor a $99 <@g>#

•

Debe de estar inscrita en "n )ol"men de $#: !prisma%#

•

Debe ser semia"tom3tica, el "s"ario slo la programar3 e iniciar3#

•

Los estribos a trabaar deben ser de alambrn de "n di3metro de B #

•

Debe fabricar estribos c"adrados de0 $9, $7 ' $: #

•

La alimentacin de la materia prima es a tra)Cs de "n rollo de alambrn con "n peso de 7:9 <@g>#

•

Los estribos res"ltantes deben ser esc"adra( dos con "na tolerancia de :#

•

Se deben prod"cir $999 estribos por ornada de trabao ! &oras%#

El costo m3imo de los materiales de fabri( cacin debe ser de G$:,999 pesos M8N !in( cl"'endo pie-as comerciales%# •

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La ma'or*a de los elementos deben tratar en lo posible +"e los componentes sean ase+"i( bles en le mercado nacional#

Diagrama de a!a "egra Se emplea el diagrama de caa negra de la fig# 6 para determinar las entradas ' salidas de la m3+"ina a dise.ar#

Fig. 6.- Diagrama de ca)a negra.

Diagrama #$"i%"a& Honsiderando el est"dio de mercado ' cmo se lle)a a cabo el proceso man"al de fabricacin de estribos, se plantea el diagrama f"ncional de la Fig# ; para determinar los diferentes sistemas +"e forman parte de la m3+"ina# F"nciones ' sistemas0 SA# Sistema Alimentacin# EA# Entrada de alambrn a g"*a alimentacin# SE# Sistema de Endere-ado# E?# Entrada a set &ori-ontal de rodillos# E=# Entrada a set )ertical de rodillos# A4# Amorda-ado de g"*a sec"ndaria# S=# Set de )elocidad# ST# Seleccin del tama.o# FT# Fiacin de topes a la medida del anillo# E4# Entrada de alambrn a g"*a doblado# I#

Interfa-#

SD# Sistema de doblado# Sd# Sensor de doblado# SH# Sistema de corte# AD# Acti)acin mecanismo doblador# Sc# Sensor corte#

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AH# Acti)acin mecanismo cortador# EA# Ep"lsin del anillo# A# Almacenamiento#

Fig. *.- Diagrama 'uncional

Re'$erimie"(%) Utili-ando el mCtodo QFD !Q"alit' F"nction Deplo'ment% se trad"ce toda la informacin recabada en la in)estigacin pre)ia, est"dio de mercado ' re+"erimientos en caracter*sticas ingenieriles '8o par3metros c"antificables, anali( -ando cmo se relacionan entre s*, determinando g"*as ' acotaciones en el proceso de generacin de alternati)as de sol"cin, as* como criterios de dise.o para seleccionar la meor opcin a resol( )er el problema#

*erar'$i+ai," de re'$erimie"(%) En la tabla $ se presenta la erar+"i-acin de los re+"erimientos en "na escala del 9($9, en donde 9 corresponde a poco importante ' $9 corres( ponde a m"' importante#

Re'$erimie"(%)

a&%r

Honectar a la toma de l"- de "n &ogar

$9

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=ariedad de tama.os de anillos Alimentacin a tra)Cs de "n rollo nico Alimentacin man"al Sistema de seg"ridad !paro de emergencia% Dimensiones espec*ficas Halidad en prod"cto final Kperario con conocimientos m*ni( mos 2rod"ccin ma'or o ig"al a la act"al 1ao costo !de la m3+"ina%

; A 7 $9 J E 6 : E

F3cil despla-amiento en "n taller

A

Semia"tom3tica

6

2ie-as comerciales

E

1ao costo de mantenimiento o n"lo Mantenimiento b3sico por "s"ario

: E

Anillos de "n solo calibre

7

DISEÑO CONCEPTUAL ESTUDIK HKM2ARATI=K DE 2RINHI2IKS DE FUNHIKNAMIENTK En las fig"ras , J, ' $9 se presenta los principios de f"ncionamiento de los principales sistemas, los c"ales son base para generar diferentes confi( g"raciones de posibles sol"ciones para la fabri( cacin de estribos# De esta forma se detectan las dific"ltades o faci( lidades de cada config"racin# Sistema de alimentacin

Fig. +.- #rincipio de 'uncionamiento

Sistema de desenrollado

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a, ase para rollo

b, E)e /ori0ontal.

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Fig# .- #rincipio de 'uncionamiento a, %odillos opuestos b,2istema inercial. Sistema de Horte#

Fig. 1.- #rincipio de 'uncionamiento a,4orte con c/orro de agua b, 2egueta d, orte con disco.

GENERACIÓN DE ALTERNATIAS DE SOLUCIÓN Matrices morfolgicas

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c,orte con laser

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La matri- morfolgica es "na tCcnica combinato( ria de ideas, +"e consiste en la descomposicin de "n concepto en s"s elementos b3sicos esencia( les, de tal manera +"e con el "so de im3genes, )entaas, des)entaas ' descripcin del principio de f"ncionamiento de "n proceso, se discriminan las diferentes sol"ciones +"e se tienen a "n pro( blema# En la Fig# $$ se m"estra la matri- mor( folgica de los principales sistemas, tambiCn se aprecian diferentes combinaciones para cada "no de ellos#

Fig. 11.- Matri0 5eneral de 4onceptos

MATRIHES DE DEHISIN 2KR SISTEMA Se establecen criterios de dise.o ' se asignan factores de peso a los mimos# Se deben elaborar matrices de decisin por cada sistema, en la fig# $7 se m"estra la matri- deci( sin reali-ada para el sistema de doblado/ la p"nt"acion asignada para cada concepto es de de $( :, donde $ es lo menos importante ' : lo m3s importante#

'ig. 1.- Matri0 de decisión para el sistema de doblado.

DISEK DE HKNFI4URAHIN DE LA MQUINA UN2R4

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En las Fig# $, $O ' $: se m"estra "n diagrama es+"em3tico de la config"racin de la m3+"ina para fabricar estribos# La prop"esta de dise.o de la m3+"ina consta de "n set de rodillos para el desenrollado del alambrn, desp"Cs pasa por "nos rodillos de arrastre +"e despla-an el alambrn d"rante todo el proceso# El sistema de corte consta de "na matri- ' "n dado +"e es mo)ido por medio de "n pistn para reali-ar el corte, para el sistema de doblado, se implementa "n p"nto de apo'o ' "n peine para &acer el proceso, adem3s se incl"'e "n tope m)il para fiar las dimensiones de los estribos#

Fig. 13.- #ropuesta de los sistemas d e desenrollado & corte.

Fig. 14. #ropuestas de los sistemas  7ista 'ron- tal,.

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Fig. 1". Esquema de la con'iguración de la máquina para 'abricar estribos.

InterfaEn la Fig# $6 se m"estra la interfa-, la c"al "tili-a "na pantalla donde el "s"ario p"ede leer las opciones ' manear de manera sencilla el pro( grama de la m3+"ina, adem3s de facilidad de programacin#

Fig #$6.- 5rá'ico de la 8nter'a0 Elementos de la interfa$# Displa' tipo LHD# 7# S5itc& KN8KFF# # 1otn de paro de emergencia# O# 1otones de despla-amiento dentro del men# :# 1otn para an"lar "na accin# 6# 1otn para confirmar "na accin#

DISEÑO DE DETALLE Seleccin de pie-as comerciales para alg"nos de los sistemas# Sistema de Desdoblado

SELEHHIN DE RKDILLKS La seleccin del sistema de rodillos depende de la carga +"e se eercer3 sobre ellos, esto se calc"( la mediante el momento flector, Ec"a# !$%, +"e acta sobre el alambrn#

Donde0 MF P Momento flector +"e acta c"ando el material es doblado, en <gcm># H P Distancia del plano ne"tro a la fibra e(

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MAQUINARIA INDUSTRIAL I terna, en este es ig"al al radio del material, en # I P Momento de 3rea para "na seccin cir( c"lar completa, c"'a frm"la es0 en

 P Esf"er-o m3imo de flein, +"e por ser de "n material conocido, p"ede trabaar( se con el )alor del esf"er-o de fl"encia# 2ara el acero A6, el esf"er-o de fl"encia es ig"al a 7:9 <g8cm 7>, como se desea llegar a la deformacin pl3stica para doblar el material, se propone "n )alor de esf"er-o m3imo de :99 <g8cm 7>, por lo tanto s"s( tit"'endo en !$%#

2ara calc"lar la f"er-a se despea de la frm"la del momento flector !7%#

Donde d es considerada la distancia de la g"*a inicial al primer set de rodillos, en este caso $9cm# S"stit"'endo )alores en !7% se tiene0

Lo +"e en Ne5tons e+"i)ale a 6#7J:; Hon los datos obtenidos ' el di3metro del alambrn, se b"sca en el cat3logo de itels Albert "n set de rodillos +"e tenga "n b"en a"ste a la necesidad +"e se tiene# SELEHHIN DEL MKTKR 2ara determinar el motor comercial +"e se debe "sar para el sistema de doblado, se calc"la la potencia +"e re+"iere el plato giratorio para reali-ar los dobleces del alambrn ' generar los anillos# 2rimero, se determina la )elocidad ang"lar con +"e debe operar el sistema# Homo "n primer acercamiento, se propone +"e el dise.o de la m3+"ina, tenga "na capacidad de prod"ccin de tres anillos de alambrn por min"to#

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En la disposicin es+"em3tica del sistema de doblado +"e se m"estra en la fig# $;, se obser)a +"e la distancia ang"lar +"e debe recorrer el poste ecCntrico m)il es de m3s de $9 para aseg"rar la formacin correcta del anillo, adem3s de considerar +"e desp"Cs de la deformacin pl3stica, el material presenta "na ligera rec"pera( cin# Debido a lo anterior, el plato giratorio debe ser capa- de despla-ar "n 3ng"lo de 7;9, en la fig# $; se marca la tra'ectoria del mecanismo de doblado con alg"nas dimensiones +"e pre)ia( mente se encontraron de m3+"inas 'a fabricadas ' con pre)io f"ncionamiento en pr"ebas reales#

Fig#1*.- 9ra&ectorias en el sistema de doblado

RELAHIN RE=KLUHIKNES V TIEM2K Se tiene contemplado +"e cada accin de doble- tenga "na d"racin de 7 seg"ndos/ "na accin de doble- contempla el recorrido del peine de $79, m3s el regreso !7O9 en total%, por lo +"e la rela( cin re)ol"ciones V tiempo, es la sig"iente# Relacin W(t Re)ol"ciones Tiempo 9#66

7

79

69

2or lo +"e se obtiene +"e la )elocidad ang"lar del plato del sistema de doblado debe ser de 7 # FUERXA NEHESARIA 2ARA EFEHTUAR EL DK1LADK Es necesario reali-ar "n an3lisis de flein del alambrn para encontrar la f"er-a de doblado# Se despea de la frm"la de momento flector !$% ' se obtiene !%0

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Donde0 F P F"er-a re+"erida para doblar el mate( rial# d P Distancia m*nima para c"mplir con las condiciones ptimas del doblado# En este caso, est3 dada por la distancia descrita desde el centro de giro del plato, &asta el p"nto donde es contactado el material por el poste ecCntrico# En n"estro caso, esta dis( tancia es dP# Entonces se tiene0

Momento de torsión

2ara calc"lar el momento de torsin se tiene +"e0

Donde0 F P F"er-a necesaria para fleionar el mate( rial e P Distancia entre centros de los postes Entonces0

2oniendo en tCrminos del sistema inglCs de "ni( dades, para encontrar prod"ctos comerciales0

#otencia requerida

Se sabe +"e0

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Donde0 MT P Momento de torsin <@g cm> 2 P 2otencia del sistema en ?2 NP n"mero de re)ol"ciones Finalmente la potencia +"e se re+"ire es0

2or lo tanto, el motor comercial m3s cercano al re+"erimiento +"e se tiene es de "na potencia# nominal de B ?2, a :9 ?-# INTERFAX 2ara la implementacin de la interfa- se "tili-a como referencia el s&ield de Ard"ino con panta( lla lcd ' botones integrados, por lo +"e se fabrica con pie-as comerciales ' de f3cil acceso para no generar "n costo etra# 2ara reali-ar la interfa-, se "tili-a "na pantalla !LHD $67% donde el "s"ario p"ede leer las opciones ' manear de manera sencilla el pro( grama de la m3+"ina, adem3s de facilidad de programacin, la c"al tiene integrados O boto( nes, los c"ales sir)en de controles para el pro( grama# La programacin 2ara e)itar gastos etra por el "so de licencias profesionales de soft5are se &ace "so del soft5a( re de la misma plataforma de Ard"ino !mismo soft5are donde se program la interfa-%, as* como frit-ing, con el c"al se reali-an los diagra( mas de coneiones pertinentes ' el 2H1 del circ"ito a "tili-ar para s" posterior fabricacin#

COSTO TOTAL DE LA MÁQUINA La estimacin del precio de la m3+"ina para fabricar anillos de principal( mente en f"ncin de los sig"ientes costos0

constr"ccin est3

$% Hostos de material 7% Hostos de man"fact"ra % 4astos generales, !gastos de en)*o o pasae, renta o desgaste de &erramental, desperdicio ' gastos referentes al dise.o de cada pie-a%#

2ara el an3lisis de los costos se ponderaron de ac"erdo a la Regla Uno(Tres(N"e)e#

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Los costos de cada sistema consideran las pie-as comerciales +"e se re+"ieren ' las pie-as +"e deben ser dise.adas ' man"fact"radas# El precio final de )enta de la m3+"ina, es incrementado por "n factor +"e el ingeniero dise.ador determi( na# En la Fig# $ se m"estra el porcentae del costo de la m3+"ina absorbido por cada "no de los sistemas0

Fig1+.- Distribución porcentual de costos por sistema Reali-ando la adicin de los costos por sistema, se obtiene "n costo total de la m3+"ina de G$J,6;#J/ sin embargo, a criterio del dise.a( dor, el precio de )enta de la m3+"ina es de GO:, 999#99 ENSAM1LE Y 2IEXAS EN HAD DE LA MQUINA En las fig"ras $J(7O se presenta el HAD de los principales sistemas de la m3+"ina#

Fig. 1 #laca base

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Fig # #laca base

Fig 7$ =ista fronta de la ma+"ina instalada Sistema de Alimentacin

fi g. .- ase de rollo Sistema de Desdoblado

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f ig. 3.- %odillos

fi g. 4.- %odillos de :rrastre Sistema de Horte

Fig 7: Matri- ' dado de corte

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fi g. 6.- #un0ón dado de corte

Sistema de Doblado

f ig. *.- #lacas con tra&ectorias

RESUMEN La "tili-acin de estribos o anillos en la cons( tr"ccin de edificaciones es de s"ma importan( cia, 'a +"e est3n destinados a dar el soporte ' acomodo a todas las )arillas de "na estr"ct"ra# En m"c&as ocasiones la fabricacin de estos estribos se reali-a de forma man"al generando "n prod"cto final de baa calidad ' de geometr*as no "niformes, retrasando as* el tiempo de constr"c( cin de la edificacin ' en ocasiones prod"cien( do "n efecto no deseado en la cimentacin# 2or otro lado, las grandes empresas constr"ctoras se abastecen de este prod"cto primario in)irtiendo en ma+"inaria de alto costo +"e re+"iere "n "s"ario capacitado ' &3bil para reali-ar esta tarea, por lo +"e res"lta ser "na opcin no )iable para pe+"e.as ' medianas empresas#

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En este art*c"lo se plantea el dise.o detallado de "na m3+"ina semia"tom3tica para la fabricacin de estribos de alambrn de diferentes medidas comerciales con 3ng"los rectos ' geometr*as esc"adradas, accesibles para la pe+"e.a ind"stria nacional#

RESULTADOS . CONCLUSIONES Mediante la metodolog*a presentada es posible fabricar "na m3+"ina para elaborar estribos, +"e satisfaga las necesidades de la pe+"e.a ind"stria de la constr"ccin nacional adem3s de ser de origen meicano# Se estima +"e el costo de es menor +"e el precio de ma+"inas act"ales# La m3+"ina es capa- de prod"cir anillos de alambrn de diferentes medidas comerciales de 3ng"los rectos, debido al c"idado +"e se t")o en el dise.o de los sistemas de desdoblado !endere( -ado% ' corte de la m3+"ina# El dise.o prop"esto &asta el momento m"estra +"e es factible la constr"ccin de "na m3+"ina de este tipo, tanto econmica como f"ncional# Una )e- +"e sea fabricada, se podr3n reali-ar pr"ebas de f"ncionamiento ' se estar3 en posibi( lidad de medir la prod"ccin ' calidad de los estribos +"e se prod"-can as* como determinar la eficiencia de la ma+"ina# Asimismo, se inicio "n tr3mite de proteccin ante la Hoordinacin de Inno)acin ' Desarrollo de la UNAM con el fin de proteger las ideas ' desarrollos a+"* presentados#

REREFERENCIAS •

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