Proyecto Diseño de tornillo
Introducción
Un tornillo es un elemento mecánico comúnmente comúnmente empleado para la unión desmontable de distintas piezas, aunque también se utiliza como elemento de transmisión. El torn tornill illo o deriv deriva a dire direct ctam amen ente te de la máquin áquina a simp simple le co conoc nocid ida a como plano inclinado y siem iempre trab rabaja aso socciado ado a un orifi rificcio 2 roscado. Los tornillos permiten que las piezas sujetas con los mismos puedan ser desmontadas cuando la ocasión lo requiera Partes de un tornillo
En él se distinguen tres partes básicas: cabeza, cuello y rosca:
La cabeza perm permit ite e suje sujeta tarr el torn tornil illo lo o impr imprim imir irle le un movim ovimie ient nto o girat giratori orio o co con n la ayud ayuda a de útil útiles es adecu adecuado ados; s; el cuello es la parte del cili cilind ndro ro que que ha que quedado dado sin sin rosc roscar ar (en (en algu alguno noss torn tornil illo loss la part parte e del cuello que está más cercana a la cabeza puede tomar otras formas, siendo las más comunes la cuadrada y la nervada) y la rosca es la parte que tiene tallado el surco. Adem demás cada ada elem lemento nto de la rosc rosca a tie tiene su pro propio pio nom nombre bre; se denomina filete o hilo a la part parte e sa sali lien ente te del del surc surco, o, fondo o raiz a la parte baja y cresta a la más saliente. Identificación
Todo tornillo tornillo se identifica identifica mediante mediante 5 característi características cas básicas: básicas: cabeza, cabeza, diámetro, longitud, perfil de rosca y paso de rosca. •
La cabeza permi permite te sujeta sujetarr el tornil tornillo lo o imprim imprimirle irle el movim movimien iento to giratorio con la ayuda de útiles adecuados (Los más usuales son llave lla vess fijas fijas o ingles inglesas, as, desto destornil rnillad ladore oress o lla llave vess Allen) Allen).. Las má máss usuales son la forma hexagonal o cuadrada, pero también existen otras (semiesférica, gota de sebo, cónica o avellanada, cilíndrica...).
El diámetro es el grosor del tornillo medido en la zona de la rosca. Se suele dar en milímetros, aunque todavía hay algunos tipos de tornillos cuyo diámetro se da en pulgadas. La longitud del tornillo es lo que mide la rosca y el cuello juntos. •
•
El perfil de rosca hace referencia al perfil del filete con el que se ha tallado el tornillo; los más empleados son: •
Las roscas en "V" aguda suelen emplearse para instrumentos de precisión (tornillo micrométrico, microscopio...); la Witworth y la métrica se emplean para sujeción (sistema tornillo-tuerca); la redonda para aplicaciones especiales (las lámparas y portalámparas llevan esta rosca); la cuadrada y la trapezoidal se emplean para la transmisión de potencia o movimiento (grifos, presillas, gatos de coches...); la dientes de sierra recibe presión solamente en un sentido y se usa en aplicaciones especiales (mecanismos dónde se quiera facilitar el
giro en un sentido y dificultarlo en otro, como tirafondos, sistemas de apriete...).
de rosca es El paso la distancia que existe entre dos crestas consecutivas. Si el tornillo es de rosca sencilla, se corresponde con lo que avanza sobre la tuerca por cada vuelta completa. Si es de rosca doble el avance será igual al doble del paso.
Es importante aclarar que según el perfil de la rosca se define el tipo de rosca. Los más comunes para sujeción son Withworth y métrica. Estos tipos de rosca están normalizados, lo que quiere decir que las dimensiones de diámetro, paso, ángulo del filete, forma de la cresta y la raiz , etc... ya están predefinidas. La rosca métrica se nombra o designa mediante una M mayúscula seguida del diámetro del tornillo ( en milímetros). Asi, M8 hace referencia a una rosca métrica de 8 mm de grosor. Si el tornillo es métrico de rosca fina (tiene un paso menor del normal), la designación se hace añadiendo el paso a la nomenclatura anterior. Por ejemplo, M20x1,5 hace referencia a un tornillo de rosca métrica de 20 mm de diámetro y 1,5 mm de paso.
Diseño del tornillo Materia prima
La materia prima con la cual se decidió trabajar fue el Acero inoxidable 416 debido a las especificaciones del material, las cuales eran las mejores para la realización del tornillo. Especificaciones del material: Análisis químico según Norma Nacional NMX B-83 (% en peso): C
Si máx.
Mn máx.
P máx.
S míx.
Cr
Mo máx.
0.15
1.00
1.25
0.060
0.15
12.00-14.00
0.60
Tipo: Formas y Acabados:
Características:
Aplicaciones:
Martensítico con alto contenido de azufre.. Barra redonda, cuadrada, solera y hexagonal; placa y piezas forjadas. Buena resistencia a 760º C (1400º F) en servicio intermitente y a 675º C (1250º F) en servicio continuo. No se recomienda soldar; en caso necesario, utilizar electrodos tipo 410 de bajo Hidrógeno; precalentar a 204-315º C (400-600º F) y después de soldar, hacer un relevado de esfuerzos a 650-675º C (1200-1250º F). Buena maquinabilidad: 85 % a 90% del acero 1212; utilizar velocidades de 110 a 140 pies / min. Se emplea en flechas para bombas, flechas de motor, piezas para lavadoras, pernos, tuercas, tornillos, birlos, remaches y cuchillería.
Tratamientos Térmicos recomendados (valores en ° C): FORJADO
RECOCIDO
DUREZA BRINELL BARRAS RECOCIDAS (1)
TEMPERATURA
MEDIO DE ENF.
690-780
enfriar al aire o en horno
1150-1235 No forjar abajo de 930°C Enfriar al aire. Piezas grandes en horno
155
Propiedades mecánicas típicas según NMX B - 83, de barras en estado recocido: RESISTENCIA A LA TRACCIÓN MPa 510
(kgf/mm2) ( 52 )
[ Ksi ] [ 74 ]
LÍMITE DE FLUENCIA MPa 274
(kgf/mm2) ( 28 )
[ Ksi ] [ 40 ]
REDUCCIÓ ALARGAMIEN TO EN 2" % N DE ÁREA % 30
60
Temple y propiedades mecánicas a diferentes temperaturas de revenido: TEMP. RESISTENCIA A LA TRACCIÓN TEMPLAD DE O REVENI (kgf/mm [ Ksi ] DO oC MPa 2) 131 [ 190 204 ( 134 ) 0 ] 124 [ 180 315 ( 127 ) 1 ] 950134 [ 195 1010 426* ( 137 ) 4 ] Enfriar al aire o en 100 [ 145 538* ( 102 ) aceite 0 ] [ 110 648 758 ( 77 ) ] 760 621 ( 63 ) [ 90 ]
LÍMITE DE FLUENCIA MPa 1000 965 1034 793
REDUCCI ALARGAMIEN DUREZ ÓN DE (kgf/mm [ Ksi ] TO EN 2" % ÁREA % A HRB 2) [ 145 ( 102 ) 12 45 390 ] [ 140 ( 98 ) 13 45 375 ] [ 150 ( 105 ) 13 50 390 ] [ 115 ( 81 ) 15 50 300 ]
586
( 60 ) [ 85 ]
18
55
225
414
( 42 ) [ 60 ]
25
60
180
Notas: *No se recomienda el revenido dentro de la gama de 399 a 565°C, ya que éste
tratamiento disminuirá las propiedades de impacto y resistencia a la corrosión
Fuente: "Manual del Acero Inoxidable" Serie No 1 "Selección de los Aceros Inoxidables".
Tabla 13. Publicación de NIDI (Nickel Development Institute) y ADAI (Asociación del Acero Inoxidable)
Tornillo
El diseño del tornillo que se eligio realizar fue un tornillo ASTM A325 estructural hexagonal para sujetadores mecánicos cuya norma es B18.2.6(Los datos generales y dimensiones del producto de la serie en pulgadas reconocida como norma internacional) Las medidas de nuestro tornillo son las siguientes:
E F G H R L Nominal Size or Body Width Thre Width Across Radius Basic Diamete Across Head Height ad Flats of Fillet Diamete r Corners Leng r Max Min Basic Max Min Max Min Basic Max Min Max Min th 1
1.02 0.97 1.62 1.57 1.87 1.79 0.62 0.59 0.09 0.06 1-5/8 39/64 1.75 2 6 5 5 6 6 7 1 3 2
Las medias que utilizadas en nuestro tornillo son: Tamaño nom inal
Diámetro del cuerp o
Ancho de la lla ve
1
1
1.6
Cotización
Ancho entr e esq uina
1.8
Altura de la ca be za
Radio de fil et e
Longitud de rosca
.6
.08
1.75
Rosca
Debido a las diversas condiciones a las que se ve expuesto el tornillo así como a los movimientos bruscos creados por la maquinaria que estas a su vez pueden generar movimientos vibratorios los cuales pueden afectar el tiempo de vida del tornillo y el correcto funcionamiento de la maquinaria se decidió que el diseño de la rosca del tornillo fuese una rosca fina ya que es más resistente al aflojamiento por vibraciones gracias a su menor ángulo de inclinaciones. Dimensiones de Roscas de Tornillos Unified y American National (Del ASME B1.1-1989) Tamaño
Diámetro Exterior
Roscas x Pulgada
Diámetro de Paso
Área de esfuerzo
Valor de P
Valor de H
1
1.0000”
12
0.9459”
0.663”
0.9459”
0.614362 ”
Dibujo de las medidas y el diseño de la rosca del tornillo
Cálculos de Tornillo.
Efectos de esfuerzo inicial K= valor de fuerza requerida para generar una deformación de 1 in. K b= Para perno K p= Para la parte P= carga PERNO
A= área de la sección transversal = 1.374 in 2 E= módulo de elasticidad = 30x10^6 psi ó 207 GPA L= Longitud en dirección de la carga Área sección transversal= pi*r^2 PARTE
A= área de la sección transversal de la parte donde se utiliza el tornillo = 50in2 E= modulo de elasticidad Hierro gris A48 grado 30= 5x10 6psi L= Longitud en donde se aplica el tornillo= .625in
Para calcular la tensión del perno
Para la tensión de la parte
Ahora si apretamos la tuerca, hay una fuerza adicional F 0 al perno.
La parte recibe la misma fuerza pero en sentido negativo
Esfuerzo debido a la carga del impacto
F= Fuerza causada por el impacto δ=
Deformación= F/K
K= K b del perno
PLANIFICACION DE PROCESOS
Los procesos los cuales llevara el acero A 416 serán los siguientes así como la maquinaria necesaria para su realización. TORNO •
Torneado
•
Roscado
•
Chaflán
FRESADORA •
Cabeza hexagonal
TRATAMIENTO TÉRMICO Orden de los procesos 1. Torneado 2. Chaflán 3. Cabeza hexagonal 4. Cuerda 5. Tratamiento térmico Descripción de los procesos •
Torneado
El primer proceso que se realizara para la producción del tornillo es el torneado de la materia prima (acero inoxidable 416). Se ingresa la programación para el torno CNC (lenguaje g tipo a, para control numérico fanuc) después se coloca la barra de acero inoxidable 416 en el torno, seguido de buril de cobalto de 3/8 de pulgada (la cual será la herramienta que se utilizara para tornear el material).el proceso se realiza mientras hay una inyección de líquido para facilitar el desbastado de la pieza.
•
Cuerda
Posteriormente terminando el programa del desbastado del tornillo continúa con la cuerda del tronillo tipo asme. •
Chaflán
Por último se realiza el chaflán y se retira la pieza del torno para pasar a la fresadora
•
Cabeza del tornillo
La cabeza del tornillo se realiza por medio de prensa para darle la forma hexagonal luego de realizar el proceso se pasa al tratamiento térmico. •
Tratamiento térmico
El tratamiento térmico se basa en calentar la pieza ya terminada sin afectar las medidas, debe ser a una temperatura específica, basándonos en las propiedades del material. Se debe tomar en cuenta el uso del tornillo.
Tiempo de Procesos del Diseño de Tornillo Operaciones
Tiempo por Producció Operación en n minutos requerida
Tiempo total en minutos
Tiempo total en días
TORNEADO Colocar pieza y componentes Cortar Tornear Sub-Total
1.8 2 5 8.8
200 200 200 200
360 400 1000 1760
1.00 1.11 2.78 4.89
CUERDA Cambio de buril realizar cuerda Sub-Total
2 3 5
200 200 200
400 600 1000
1.11 1.67 2.78
CHAFLAN realiza chaflán retirar pieza del torno Sub-Total
2 1 3
200 200 200
400 200 600
1.11 0.56 1.67
1.5
200
300
0.83
6 1.5 9
200 200 200
1200 300 1800
3.33 0.83 5.00
FRESADORA Colocar pieza y componentes Realizar cabeza de tornillo retirar pieza Sub-Total TRATAMIENTO TERMICO colocar pieza y componentes realizar tratamiento térmico retirar pieza Sub-Total
1.5
200
300
0.83
5 1 7.5
200 200 200
1000 200 1500
2.78 0.56 4.17
TIEMPO TOTAL DE PROCESO
33.3
200
6660
18.50
Especificaciones de la maquinaria
La maquinaria que se utilizara está disponible dentro de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla en la facultad de electrónica en el aula 109A-105, Laboratorio de diseño y desarrollo de prototipos mecatrónicos, así como sus especificaciones: Fresadora
Especificaciones de la fresadora con que cuenta la facultad Fresadora birmingham modelo bpv 3949 Serial 991356 NRC 47575156101 Descripción Mesa: 9" x 49" Sistema: Mecánico Tipo: Vertical Forma de la mesa: 3 Rayas Avances: Automáticos y Manuales Cono: R-8 Velocidad del husillo: 70 a 3600 RPM Velocidad alta y baja: 500 a 3600 RPM - 70 a 600 RPM Distancia del husillo a la columna: 9-1/2" min. - 18" max. Carrera del Husillo: 5" Vertical tipo: bric-point Motor: 2 HP RPM: 1735 Voltaje: 220/440 Peso de la maquina: 930 Kg Dimensiones de la maquina: 60" x 58" x 84"
Torno Especificaciones del torno de la facultad Kimitsu kl-1640 NRC 471576
Descripción Lenguaje G tipo A Torno de control numérico Software: Ormate-0 con control fanuc
Normas de seguridad Torno Protección Personal.
Antes de hacer funcionar la máquina, el personal debe vestir: braga con mangas cortas, lentes, zapatos de seguridad. Los trabajadores deben utilizar anteojos de seguridad contra impactos (transparentes), sobre todo cuando se mecanizan metales duros, frágiles o quebradizos. Se debe llevar la ropa de trabajo bien ajustada. Las mangas deben llevarse ceñidas a la muñeca. Se debe usar calzado de seguridad que proteja contra cortes y pinchazos, así como contra caídas de piezas pesadas. Es muy peligroso trabajar llevando anillos, relojes, pulseras, cadenas en el cuello, bufandas, corbatas o cualquier prenda que cuelgue. Así mismo es peligroso llevar cabellos largos y sueltos, deben recogerse bajo gorro o prenda similar. Lo mismo la barba larga. Orden y Limpieza.
Debe cuidarse el orden y conservación de las herramientas, útiles y accesorios; tener un sitio para cada cosa y cada cosa en su sitio. La zona de trabajo y las inmediaciones de la máquina deben mantenerse limpias y libres de obstáculos y manchas de aceite. Los objetos caídos y desperdigados pueden provocar tropezones y resbalones peligrosos, por lo que deben ser recogidos antes de que esto suceda. La máquina debe mantenerse en perfecto estado de conservación, limpia y correctamente engrasada.
Las virutas deben ser retiradas con regularidad, utilizando un cepillo o brocha para las virutas secas y una escobilla de goma para las húmedas y aceitosas. Las herramientas deben guardarse en un armario o lugar adecuado. No debe dejarse ninguna herramienta u objeto suelto sobre la máquina. Eliminar los desperdicios, trapos sucios de aceite o grasa que puedan arder con facilidad, acumulándolos en contenedores adecuados (metálicos y con tapa). Las poleas y correas de transmisión de la máquina deben estar protegidas por cubiertas. Conectar el equipo a tableros eléctricos que cuente con interruptor diferencial y la puesta a tierra correspondiente. Todas las operaciones de comprobación, medición, ajuste, etc., deben realizarse con la máquina parada. Se debe instalar un interruptor o dispositivo de parada de emergencia, al alcance inmediato del operario. Para retirar una pieza, eliminar las virutas, comprobar medidas, etc. se debe parar la máquina. Manejo de Herramientas y Materiales.
Durante el mecanizado, se deben mantener las manos alejadas de la herramienta que gira o se mueve. Aún paradas las fresas son herramientas cortantes. Al soltar o amarrar piezas se deben tomar precauciones contra los cortes que pueden producirse en manos y brazos. Los interruptores y demás mandos de puesta en marcha de las máquinas, se deben asegurar para que no sean accionados involuntariamente; las arrancadas involuntarias han producido muchos accidentes.
Operación de las Máquinas.
Todas las operaciones de comprobación, ajuste, etc. deben realizarse con la máquina parada, especialmente las siguientes: Alejarse o abandonar el puesto de trabajo. Sujetar la pieza a trabajar. Medir o calibrar. Comprobar el acabado. Limpiar y engrasar Ajusta protecciones o realizar reparaciones. Dirigir el chorro de líquido refrigerante.
Normas de seguridad Fresadora
Compruebe el nivel de aceite en cada aceitera de la maquina agregando la cantidad necesaria que indica la línea del nivel en el cristal del visor.
Limpie el exceso de aceite que gotea, pues si cae en el piso, resultara peligroso.
A todas las superficies deslizantes de la maquina aplíqueles aceite, con la mano.
Nunca realice cambios de velocidad (r.p.m.) avances automáticos, ni verifique el trabajo estando la maquina en movimiento, hágalo en maquina parada.
Estudie minuciosamente de las tablas que esta provista la máquina, con objeto de seleccionar las r.p.m. Adecuadas, los avances automáticos y en general, todo el mecanismo necesario.
Girar manualmente el árbol porta-fresa, si no hay embrague adecuado al efectuar los cambios de velocidad y avances.
Coloque una hoja de papel entre el cortador y la pieza para ajustar el trabajo hasta que el papel se rompa, haga un ajuste adicional según el grueso de papel.
Verifique que la herramienta como el trabajo estén perfectamente rígidos, con objeto de evitar trepidaciones en la máquina, así mismo, utilice un refrigerante para evitar un calentamiento excesivo en la pieza y desgaste prematuro de la herramienta.
Verifique que el sentido de rotación del cortador, sea el indicado de los filos. De otra manera se maltratan los filos. En trabajos de fresado ranuras cuñeros, engranes, verifique la alineación y posición del árbol porta-fresa, respecto a la mesa y a la pieza por fresar.
Para un buen fresado observe que el giro de la herramienta vaya al encuentro del material. Solo en piezas delgadas, el giro y el avance del material serán en el mismo sentido.
Para montar o desmontar la fresa del árbol en la fresadora horizontal, primero afloje la tuerca de apriete que actúa sobre la fresa, en seguida afloje el brazo o soporte. No afloje la tuerca estando al aire el árbol, esto ocasiona la flexión del mismo.
Identificación de departamentos y actividades
En este primer apartado se enumerarán todos los departamentos y las actividades realizadas en ellos. 1.- OFICINAS. -
Dirección.
-
Administración.
-
Recepción de visitantes.
2.- LOCALES PARA EL PERSONAL -
Aseos.
-
Vestuarios.
-
Comedor
-
Sala de Reuniones.
3.- CONTROL DE CALIDAD -
Análisis, mediciones y control.
4.- RECEPCION DE MATERIALES 5.- ALMACEN DE MATERIAS PRIMAS -
Almacenamiento del acero y materiales para el tratamiento
térmico. 6.- ALMACEN DE CAJAS -
Almacenamiento cajas de para empaquetar los tornillos de
diversos tamaños 7.- ALMACEN DE HERRAMIENTAS -
Almacenamiento de diversos utensilios y herramientas
8.- SALA DE MANTENIMIENTO 9.- SALA DE FABRICACION -
Se recibe las varillas de material y se cortan
-
-
Se realiza los procedimientos de torneado para -
Cuerpo
-
Cuerda
-
Chaflán
Se realiza el procedimiento de frezado para -
-
Cabeza del tornillo
Se colocan los tornillos en cajas de cartón
-
10.- SALA DE TRATAMIENTO TERMICO 11.- SALA DEL EQUIPO DE LIMPIEZA -
Limpieza C.I.P.
-
Almacenamiento de herramientas diversas.
12.- ANTECAMARA -
Colocación de cajas de producto.
-
Almacenamiento de tornillos.
13.- EXPEDICION -
Salida de las cajas de tornillos hacia los camiones.
Tabla Relacional de Actividades.
Tipo de relación
Definición
Colo
Códig
r
o
Motivos
Absolutamente
1
Flujo de materiales
necesaria
2
Facilidad de supervisión
Especialmente
3
Personal común
necesaria
4
Contacto necesario
I
Importante
5
Conveniencia
O
Ordinaria
U
Sin importancia
X
No deseable
A E
Tabla 1. Valoración de las proximidades.
Comparten el mismo
7 8
espacio Utilizan el mismo equipo Manejan la misma
9
Tabla
información
2.
Justificación
de
las
valoraciones de las proximidades.
1
Oficinas
2
Locales para el Personal
3
Control de Calidad
4 5
Recepción de Materiales Almacén de Materia Primas
6
Almacén de Cajas
7
Almacén de Herramientas
8 Sala de Mantenimiento 9
Sala de Fabricación
1 0 1 1 1 2 1 3
Sala de Tratamiento Térmico Sala de Equipo de Limpieza Antecámara Expedición
O 2,3,4 U I 2 I 1 U U I 8,2 I 2,5 A 1 I 2 U I 1
O 2 U 3 O 2 I 1 U
O 4 U I 2 U
U
U
U
U
I 2 U
U
E 1 U
Tabla 3. Tabla Relacional de Actividades
E 2,9 U O 8 U
E 2,9 U I 2 U
O 2,9 U
A 1 U
U
I 2,5 U
I 2 U
U
U
U
U
U
U
U
U
E I U
O 2,9 O 5 I 2 U
O 2,9 U
U
U
U
U
U
U O 2 O 2 U
U U
U
U
U
O 9
1 2
7
8
6
5
9
3
1 0
4
1 1
1 3
1 2
Diagrama Relacional de Actividades
