Universidad Internacional del Ecuador Facultad de Ingeniería Mecánica Automotriz
UNIVERSIDAD INTERNACIONAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA AUTOMOTRIZ
ANÁLISIS DE LOS ÁNGULOS DE CORTE CO RTE Y MATERIALES REFERENTES A UNA RECTIFICADORA “VAN NORMAN” DE DISCOS Y TAMBORES PARA VEHICULOS LIVIANOS.
ARMANDO EGÜEZ DIEGO BENAVIDES
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Universidad Internacional del Ecuador Facultad de Ingeniería Mecánica Automotriz 1. TEMA DE INVESTIGACIÓN.
Creación de un texto sobre el análisis de los ángulos de corte y materiales referentes a una rectificadora de discos y tambores para vehículos livianos. Van Norman. 2. PLANTEAMIENTO,
FORMULACIÓN,
SISTEMATIZACIÓN
DEL
PROBLEMA.
Como estudiantes de la universidad internacional hemos podido darnos cuenta que no existe hasta el momento maquinaria necesaria para respaldar toda la teoría aprendida sobre la rectificación de discos y tambores en las aulas, esto es parte importante de la carrera ya que muchos estudiantes pueden interesarles esta rama de la mecánica como es nuestro caso, además es una gran posibilidad de trabajo ya que el negocio de la rectificación de discos y tambores y en general todo lo referente a frenos esta creciendo constantemente debido a que en el mercado cada ves hay mas vehículos. Es de nuestro conocimiento que un estudiante ya esta elaborando un laboratorio de rectificación para implementar en la universidad, aunque es una gran noticia para estudiantes, profesores y directivos no podemos conformarnos con esto ya que muchas veces es difícil y poco practico para profesores enseñar en una sola maquina a todo un curso, ya que no todos los alumnos alcanzan a utilizar y familiarizarse con este tipo de maquinas, es así que hemos determinado que el problema es la falta de maquinaria que la universidad posee para el aprendizaje de la rectificación de discos y tambores, pero a su ves existe un echo positivo que podríamos tomarlo como una oportunidad que se podría aprovechar, este echo, es como ya mencionamos, la implementación de una laboratorio de rectificado de discos y tambores que un compañero esta realizando, es por eso que hemos pensado en complementar este laboratorio con un torno adicional y una investigación extra escrita para facilitar y agilitar la enseñanza. La investigación abarcará temas como el análisis de los materiales de los diferentes discos y tambores que han existido, su 2
Universidad Internacional del Ecuador Facultad de Ingeniería Mecánica Automotriz evolución parámetros técnicos, estado actual de este tema en ecuador, así como todo lo referente a los ángulos de corte de este tipo de rectificadora. La formulación del problema consiste en la siguiente pregunta. ¿De que manera repercutirá el torno y el análisis que se pretende entregar a la universidad ante la enseñanza de los profesores, el aprendizaje de los alumnos y la imagen de la universidad ante su mercado? De esta pregunta se descomponen varias preguntas que también deberán ser respondidas y además nos ayudaran a dirigir nuestra investigación de una mejor manera, estas son: ¿los temas de la investigación plantearon información relevante y útil para la formación profesional de los estudiantes?, ¿Pudo complementar el torno de una manera exitosa el laboratorio de rectificación y discos, cuales fueron sus beneficios y cuales sus inconvenientes?, ¿Cuál es la opinión de los estudiantes de la facultad de mecánica automotriz después de la entrega del torno y la investigación a su universidad?, ¿Cómo repercutió la realización de esta tesis a nuestra formación profesional? 3. OBJETIVOS 3.1. OBJETIVO GENERAL
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Crear un texto sobre el análisis de los ángulos de corte referentes a una rectificadora de discos y tambores Van Norman para vehículos livianos. Y los materiales a utilizar durante el proceso.
3.2. OBJETIVO ESPECÍFICO •
Determinar el espacio físico dentro de la facultad de mecánica para la ubicación de la rectificadora.
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Fijar los ángulos mas apropiados para cada trabajo a realizar. 3
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Determinar una tabla comparativa de los diversos tipos de materiales que se utilizan tanto en discos, tambores de freno y cuchillas de la rectificadora.
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Establecer un manual de operación del sistema.
4. JUSTIFICACIÓN Y DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN. 4.1. JUSTIFICACIÓN TEÓRICA
El análisis de materiales y ángulos de la rectificadora de discos y tambores tiene como finalidad aplicar los conocimientos adquiridos en la carrera de Ingeniería Automotriz. Después de realizar las pruebas necesarias para lograr los objetivos del proyecto se realizara un manual de uso para ampliar los conocimientos. Aparte de la creación del manual se detallara información acerca de todo lo que conllevara la investigación, con esto se pretende asegurar un conocimiento mas a fondo sobre lo que es una rectificadora de discos y tambores. 4.2. JUSTIFICACIÓN METODOLÓGICA.
Se realizará una investigación de campo referido a diversos tornos, rectificadoras, discos y tambores con el fin de enriquecer nuestro conocimiento y poder aportar mayor información al proyecto. Toda esta indagación se la obtendrá de libros, visitas a talleres e ingenieros relacionados con los temas ya mencionados e Internet. Ya obtenida toda esta información se realizara el análisis, con estos comprobados y listos para su ejecución se procederá a realizar los manuales de uso.
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4.3. JUSTIFICACIÓN PRÁCTICA.
Para la realización del análisis de materiales de discos y tambores, ángulos de la rectificadora y manual de uso, se utilizara tanto la información teórica como la investigación experimental que se realice durante la realización de esta investigación sumados a los conocimientos adquiridos en la universidad. También buscaremos asistencia profesional la cual nos ayudara a determinar si el resultado final cumple parámetros que aseguren que el producto sea de calidad. Con esto lograremos cerciorarnos que cuando los estudiantes realicen prácticas en la rectificadora no haya peligro absoluto y el aprendizaje sea abundante. 4.4. DELIMITACIÓN TEMPORAL.
El proyecto de tesis planteado esta previsto realizarse en ocho meses con actividades tales como: - Aprobación del plan de tesis - Realización del cronograma de trabajo - Visitas técnicas (investigación de campo) y consultas bibliográficas - Desarrollo de presupuesto - Defensa de tesis 4.5. DELIMITACIÓN GEOGRÁFICA
El proyecto va a ser analizado, realizado e implementado en el cantón Quito, provincia de Pichincha, Ecuador.
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4.6. DELIMITACIÓN DEL CONTENIDO
La intención de analizar los materiales y ángulos es con el fin de mejorar el conocimiento nuestro y de todos los que puedan observar nuestro proyecto. 5. MARCO TEÓRICO DISCOS DE FRENO
Los discos de freno son la superficie contra la cual interactúan las pastillas para frenar el vehículo, debido a que el disco gira solidario con las ruedas. Ese rozamiento entre discos y pastillas produce la transformación de energía cinética en energía calorífica, provocando una reducción de la velocidad. Los discos de freno no solo deben producir la transformación de energía sino que además deben de conseguir que el calor producido sea transmitido a la atmósfera lo más rápidamente posible, ya que sino, las temperaturas a las que operaría el sistema serían muy elevadas llegando incluso al colapso del sistema. El material escogido para fabricar los discos de freno es la fundición gris nodular de grafito laminar, ya que garantiza una estabilidad de las prestaciones durante el periodo de vida de los discos. Existen también, discos de materiales compuestos en matriz de carbono, usados en la alta competición y en los frenos de los aviones, aunque debido al alto coste que tienen son inviables para los vehículos comunes. En la actualidad se están desarrollando discos de freno en aluminio con una base de carburo de silicio, ya que su menor peso los hacen muy atractivos, pero la mala disipación de calor que tienen los hacen inviables de momento, ya que necesitan un sobredimensionamiento importante que hacen que pierdan las ventajas del reducido peso.
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FRENO DE TAMBOR
El freno de tabor es un tipo de freno en el que la fricción es causada por un par de zapatas que presionan contra la superficie interior de un tambor giratorio, el cual esta conectado al eje o la rueda. Los frenos de tambor se pueden clasificar en diversos tipos en función de su tipo o de su sistema de ajuste automático de desgaste. Según su tipo nos podemos encontrar con frenos de tambor con sistema simplex, dúplex, twinplex y dúo-servo. El sistema simplex se caracteriza por que las zapatas disponen de un punto de apoyo fijo sobre el que pivotan al ser accionadas. Normalmente, este sistema va provisto de un bombín de freno de doble efecto. Cuando accionamos el pedal de freno hacemos que la zapata primaria y la secundaria se pongan en contacto con el tambor de freno. La particularidad de este sistema es que la zapata de freno primaria, debido a su montaje, se apoya en el tambor en contra del giro del mismo obteniendo, así, una presión ejercida superior sobre la superficie de frenado del tambor. El sistema duplex se caracteriza por que las zapatas están montadas en serie, de forma que ambas zapatas son primarias. Siguen teniendo un punto de apoyo sobre el que pivotan al ser accionadas, pero disponen de dos bombines de freno simples, de forma que el bombín de freno de un zapata sirve de punto de apoyo para la otra. El sistema twinplex es muy similar al duplex, salvo que los puntos de apoyo de las zapatas en lugar de ir montados fijos van montados en posición flotante. Gracias a este montaje de las zapatas se obtiene un mejor reparto de la presión ejercida sobre el tambor de freno, debido a que el efecto cuña que sufren las zapatas queda paliado.
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Universidad Internacional del Ecuador Facultad de Ingeniería Mecánica Automotriz El sistema duo-servo se caracterizan porque el punto de apoyo consiste en una biela de acoplamiento. Las dos zapatas son también primarias. Al accionar las zapatas de freno, pivotan sobre su apoyo a la vez que empujan, mediante la biela de acoplamiento, a la otra zapata. CALOR
El calor es la transferencia de energía entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas. Este flujo siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura, ocurriendo la transferencia de calor hasta que ambos cuerpos se encuentren en equilibrio térmico. La energía puede ser transferida por diferentes mecanismos, entre los que cabe reseñar la radiación, la conducción y la convección, aunque en la mayoría de los procesos reales todos se encuentran presentes en mayor o menor grado. La energía que puede intercambiar un cuerpo con su entorno depende del tipo de transformación que se efectúe sobre ese cuerpo y por tanto depende del camino. Los cuerpos no tienen calor, sino energía interna. El calor es parte de dicha energía interna (energía calorífica) transferida de un sistema a otro, lo que sucede con la condición de que estén a diferente temperatura. FRICCION
La fricción se define como la resistencia al movimiento durante el deslizamiento o rodamiento que experimenta un cuerpo sólido al moverse sobre otro con el cual está en contacto. Esta resistencia al movimiento depende de las características de las superficies. Una teoría explica la resistencia por la interacción entre puntos de contacto y la penetración de las asperezas.
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La fricción depende de:
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La interacción molecular (adhesión) de las superficies
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La interacción mecánica entre las partes.
La fuerza de resistencia que actúa en una dirección opuesta a la dirección del movimiento se conoce como fuerza de fricción. Existen dos tipos principales de fricción: fricción estática y fricción dinámica. La fricción no es una propiedad del material, es una respuesta integral del sistema. Las dos leyes básicas de la fricción se han conocido desde hace un buen tiempo: •
La resistencia de fricción es proporcional a la carga
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La fricción es independiente del área de deslizamiento de las superficies.
DESGASTE
El desgaste es el daño de la superficie por remoción de material de una o ambas superficies sólidas en movimiento relativo. Es un proceso en el cual las capas superficiales de un sólido se rompen o se desprenden de la superficie. Al igual que la fricción, el desgaste no es solamente una propiedad del material, es una respuesta integral del sistema. Los análisis de los sistemas han demostrado que 75% de las fallas mecánicas se deben al desgaste de las superficies en rozamiento. Se deduce fácilmente que para aumentar la vida útil de un equipo se debe disminuir el desgaste al mínimo posible. Desgaste por fatiga, abrasivo, por erosión, por corrosión, por oxidación, por frotación, adhesivo, f retting, de impacto.
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RECTIFICADORAS •
INTRODUCCIÓN
A las rectificadoras se les puede decir que son una Máquina estacionaria y motorizada que sirve para dar forma o modelar materiales sólidos, especialmente metales. El modelado se consigue eliminando parte del material de la pieza o estampándola con una forma determinada. Se las usa para realizar distintas piezas de diversas maquinas o tambien para la realización de herramientas.
Las rectificadoras se pueden clasificar en 3 grupos o categorías:
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Máquinas desbastadoras convencionales, prensas y máquinas herramientas especiales.
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Máquinas desbastadoras convencionales dan forma a la pieza cortando la parte no deseada del material y produciendo virutas.
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Máquinas herramientas especiales utilizan la energía luminosa, eléctrica, química o sonora, gases a altas temperaturas y haces de partículas de alta energía para dar forma a materiales especiales y aleaciones utilizadas en la tecnología moderna.
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EL RECTIFICADO
Es una operación que se efectúa en general con piezas ya trabajadas anteriormente por otras máquinas herramientas hasta dejar un pequeño exceso de metal respecto a la dimensión definitiva. El rectificado tiene por objeto alcanzar en las dimensiones tolerancias muy estrictas y una elevada calidad de acabado superficial. Se hace indispensable en el trabajo de los materiales duros o de las superficies endurecidas por tratamientos térmicos. Las herramientas empleadas son muelas giratorias.
TIPOS DE RECTIFICADORA
Según sean las características de las piezas a rectificar se utilizan diversos tipos de rectificadoras, siendo las más destacadas las siguientes: •
Rectificadoras planeadoras
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Rectificadoras sin centros (centerless)
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Rectificadoras especiales
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Rectificadoras universales
Las máquinas rectificadoras para piezas metálicas consisten básicamente en un bastidor que contiene una muela giratoria compuesta de granos abrasivos muy duros y resistentes al desgaste y a la rotura. La velocidad de giro de las muelas es muy elevada, pudiendo llegar a girar a 30.000 rpm, dependiendo del diámetro de la muela.
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Universidad Internacional del Ecuador Facultad de Ingeniería Mecánica Automotriz Las rectificadoras para superficies planas, conocidas como planeadoras y tangenciales son muy sencillas de manejar, porque consisten en una cabezal provisto de la muela y un carro longitudinal que se mueve en forma de vaivén, donde va sujeta la pieza que se rectifica. La pieza muchas veces se sujeta en una plataforma magnética. Las piezas más comunes que se rectifican en estas máquinas son discos y tambores La rectificadora sin centros (centerless), consta de dos muelas y se utilizan para el rectificado de pequeñas piezas cilíndricas, como bulones, casquillos, pasadores, etc Son máquinas que permite automatizar la alimentación de las piezas y por tanto tener un funcionamiento continuo y por tanto la producción de grandes series de la misma pieza. La rectificación sin centros pertenece a los procesos de rectificadora cilíndrica de exteriores. Al contrario de la rectificación entre centros, la pieza no se sujeta durante la rectificación y por lo tanto no se necesita un contrataladro o un mecanismo de fijación en los extremos. En lugar de eso se apoya la pieza con su superficie sobre la platina de soporte y se coloca entre el disco rectificador que gira rápidamente y la platina regulable pequeña que se mueve lentamente. La platina de soporte de la rectificadora (también llamada regla de soporte o regla de dirección) está generalmente posicionada así que el centro del eje de la pieza se encuentra sobre la línea de unión entre los puntos medios del disco regulable y del disco rectificador. Más, la platina de soporte está biselada para sostener la pieza en el disco regulable y el disco rectificador. El disco regulable está hecho de un material blando, por ejemplo una mezcla de caucho que puede tener granos duros para garantizar la fuerza de acople entre la pieza y el disco regulable Las rectificadoras universales son las rectificadoras más versátiles que existen porque pueden rectificar todo tipo de rectificados en diámetros exteriores de ejes, como en agujeros si se utiliza el cabezal adecuado. Son máquinas de gran envergadura cuyo cabezal portamuelas tiene un variador de velocidad para adecuarlo a las características de la muela que lleva incorporado y al tipo de pieza que rectifica.
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6. TEMARIO TENTATIVO
INTRODUCCIÓN CAPÍTULO 1
PROLOGO 1.1. INTRODUCCION 1.2. OBJETIVOS 1.2.1. OBJETIVO GENERAL 1.2.2. OBJETIVOS ESPESICIFICOS 1.3. ALCANCE 1.4 GENERALIDADES 1.4.1 TIPOS DE FRENOS 2.2.1. MECÁNICO 2.2.2. NEUMÁTICO 2.2.3. HIDRÁULICO 2.3. FRENO DE DISCOS 2.4. TIPOS DE DISCOS 2.4.1. SÓLIDO 2.4.2. VENTILADO 2.4.3. HIPERVENTILADO 2.5. TAMBOR. RECTIFICADORAS 3.1. GENERALIDADES 3.2. RECTIFICADORA DE DISCOS 3.2.1. PARTES 3.2.2. TECNICAS DE USO 3.2.3. NORMAS DE SEGURIDAD 3.2.4. MANTENIENTO 13
Universidad Internacional del Ecuador Facultad de Ingeniería Mecánica Automotriz 3.3. RECTIFICADORA DE TAMBORES 3.3.1. PARTES 3.3.2. TECNICAS DE USO 3.3.3. NORMAS DE SEGURIDAD 3.3.4. MANTENIENTO 3.4. RECTIFICADORAS DE DISCOS Y TAMBORES 3.4.1. VENTAJAS Y DESVENTAJAS CAPITULO 2 ANALISIS DE ALTERNATIVAS CAPÍTULO 3
4.1. ANALISIS DE MATERIALES 4.1.1. EVOLUCIÓN DE LOS MATERIALES DE DISCOS Y TAMBORES 4.1.2. DISIPACION TÉRMICA 4.1.3. DESGASTE 4.2. ÁNGULOS DE CORTE 4.3. CLASIFICACIÓN 4.4. TIPOS DE CUCHILLAS 4.5. MATERIALES DE CORTE CAPITULO 4
PRUEBAS 5.1. PRUEBAS DE CORTE EN DIFERENTES MATERIALES 5.2. PRUEBAS TERMICAS 5.3. PRUEBAS DE VENTILACION 5.4. PRUBAS DE DESGASTE 5.4.1. DISCOS 5.4.2. TAMBORES 5.4.3. CUCHILLAS
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Universidad Internacional del Ecuador Facultad de Ingeniería Mecánica Automotriz CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ANEXOS BIBLIOGRAFIA 7. METODOS 7.1. METODOS TEORICOS
Para el análisis del proyecto se van a utilizar distintas fuentes de información como son libros, revistas, información de Ingenieros, páginas de Internet, documentos técnicos entre otra información. 7.2. METODOS EMPIRICOS
Cuando se ha terminado los análisis de materiales y de los ángulos del proyecto, se debe realizar la implementación del manual de usuario y realizar las pruebas respectivas para poder ponerla a punto. Verificar que el proyecto este correctamente de acuerdo a lo planteado.
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8. ANÁLISIS DE COSTOS.
DETALLE
COSTO EN USD
Pagos por asesoría
400
Pagos por mano de obra
600
Transporte
150
Libros y Papelería
200
Rectificadora
3400
Otros gastos
700
TOTAL
5550
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