UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL
DISEO DE MAQUINAS UNFV
UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREALFACULTAD DE INGENIERIA
ELECTRONICA E INFORMATICA
CIZALLADORALa mquina cizalladora est diseada para realizar
cortes planchas de distintos milmetros de espesor, mediante
cizallado. El corte lo realizan dos grandes cuchillas: una superior
y otra inferior. La cuchilla inferior permanece fija, siendo la
cuchilla superior la que ejerce la fuerza necesaria para realizar
el corte de la chapa.El movimiento descendente de la cuchilla se
realiza de izquierda a derecha, necesitando un tiempo de
accionamiento de aproximadamente 2.25 segundos para lograr la mxima
longitud de corte (descenso total de la cuchilla). En el corte de
chapas finas se puede lograr que el corte del material se realice
en todo su espesor. Normalmente, el corte del material se realiza
slo al inicio de la operacin, mientras que la parte final de la
seccin de material a cortar se separa por desgarro. El lmite de
espesor, para que el corte se realice de una u otra forma, va a
depender de la naturaleza del material a cortar.
Consideraciones para CizalladoraEl mdulo de cizalla (G) es una
propiedad mecnica de cada material. Siendo pequeos los ngulos de
desplazamiento podemos describir experimentalmente el mdulo elstico
transversal puede medirse de varios modos.
Dnde: G = mdulo de cizalladura o rigidez (N/m = ngulo de
cizalladura (radianes).F = Fuerzo al que est sometido (N).S =
seccin (m2).Relacin entre los mdulos de Young, Poisson y
rigidez.
Dnde: G = mdulo de rigidez (N/m2).E = mdulo de Young (N/m2) =
Coeficiente de Poisson (> 0, sin unidades).
PRINCIPIOS DEL CORTE POR CIZALLAMIENTO:
Las curvas de corte por cizallamiento de hallan
experimentalmente con los parmetros:
: Resistencia especfica al corte: Profundidad relativa al corte
= Z/hEl clculo de la fuerza de corte se hace en base a los datos
experimentales de corte pro cizallamiento, probndose planchas, de
fierros dulces, aceros de baj o de carbono, cobre y sus aleaciones,
aluminio y sus aleaciones, obtenindose curvas de esfuerzo y
deformacin, que darn la curva = f().
Datos que son de ensayos experimental es de laboratorio, al que
hay que incrementarle de 70 a 80% para encontrar el esfuerzo de
corte a desarrollarse en la mquina.P = * Aresistencia especfica al
corte.A rea transversal de la piezaPara material es donde no se
disponen sus curvas de corte los parmetros para cal cul ar l a f
uerza de corte, pueden encontrarse aproximadamente con la curva
conocida ms prxima y el f actor de correccin obtenido de los
ensayos y datos.La mxima fuerza de corte se calcula
Donde
Segn el autor Quero: La fuerza para el corte con cuchillas
paralelas se calcula:F = K * h * l * h espesor de la chapa en mm.l
longitud a cortar en mm.resistencia al corte.Kcoeficiente de
penetracin.TRABAJO EN EL CORTE DE METAL CON CUCHILLAS PARALELASEl
trabajo depende del recorrido de las cuchillas, y se podra expresar
tambin por el rea de la curva.
a = Trabajo especfico de corte y es igual al rea limitada por la
curva = f (), experimental obtenido con probetas de 1mm2 de seccin
transversal y altura 1 mm.
Los valores de a se pueden obtener en tablas como la muestra en
el cuadro adjunto.
Si no se dispone de los datos experimentales de corte, se puede
aproximar el clculo del trabajo especfico de corte.
a = media ruptura
media: Es la resistencia media al corte y es aproximadamente
0.75 0.85 mx.
ruptura: Es la profundidad relativa del corte, correspondiente a
la separacin final de una parte de metal a la otra.
Estos valores se pueden expresar en funcin de carga rotura en
fraccin simple y alargamiento relativo. media = K1 t K1 = 0.6
ruptura = K2 K2 = 1.2 1.6K x K = (.7 a 0.96)
A = Seccin transversal de la planchah = Espesor de la planchat =
Resistencia de rotura en traccin
La fuerza lateral sobre las cuchillas es igual:
Y como recomendacin se considera:
Sin apoyo ni sujecin de la plancha = 10 - 20
T = (0.18 0.35) PY con apoyo y sujecin 5 - 10
T = (0.1 0.18) P
RECOMENDACIONES PRCTICAS PARA EL DISEO DE CIZALLADORAS
VELOCIDAD DE CORTE:
Segn el manual de DUBBEL, la velocidad de corte recomendada para
planchas est:
v = (0.1 a 0.13) m/seg.
Otros autores ms conservadores como Rodrguez Pando, recomienda
velocidades de:v = (0.15 a 0.30) m/seg.
ANGULO DE LA CUCHILLA SUPERIOR:
Con respecto la inferior que es horizontal.
Segn manual de DUBBEL: = 2 a 10
Segn Tselikov: = 1 a 6
Segn Rodrguez Pando: = 8 a 10
Siendo mayor ngulo menor la fuerza de corte, pero con el
inconveniente de que aumenta la componente horizontal, que puede
desplazar la plancha en el momento del corte.
JUEGO RELATIVO ENTRE CUCHILLAS:
La luz o juego relativo entre cuchillas, juega un papel
importante para un buen acabado en el corte.
Segn el manual de Dubbel, el juego:
Segn Tselikov, el juego es:
d = 0.07 h donde h actuante; 2625 Kg/cm2 > 2068 Kg/cm2En
resumen la viga es de: 2000 mm por 160 mm por 60 mmPLEGADORA
En el plegado de plancha, al ser un proceso de conformado por
deformacin plstica, s e obtienen deformaciones permanentes
superando el lmite elstico del material.Una plegadora es un tipo de
prensa diseada especialmente para la realizacin de operaciones de
plegado. Se caracteriza por una matriz rectilnea y de gran
longitud. Esto implica una prensa y una m esa estrecha y larga.Estn
formadas por un bastidor, con dos guas verticales, sobre una
bancada, en la que est dispuesta una mesa. La corredera y las mesas
son de gran longitud y poco fondo. Este tipo de prensa suele tener
dos actuadores (normalmente hidrulicos) en vez de uno.El proceso de
plegado consiste en una matriz en forma de V y un macho con arista
redondeada con un cierto radio.Tolerancia del Doblado.
Si el radio es pequeo con respecto al espesor del material, el
material tiende a estirarse durante el doblado.
Donde BA=tolerancia del doblado (mm)A=ngulo de doblado en
gradosR= radio del doblado (mm)Kba=factor para estirar el
estiradoLos siguientes valores se recomiendan para Kba (2): si R
< 2t, Kba = 0.33; y si R>2t, Kba=0.50. Estos valores de Kba
solamente predicen el estiramiento del material si el radio es
pequeo con respecto al espesor dl material.Recuperacin
ElsticaCuando la presin de doblado se retira al terminar la
operacin de deformacin, la energa elstica se queda en la parte
doblada haciendo que esta recobre parcialmente su forma original.
Esta se define como el incremento del ngulo por la parte doblada
con respecto al ngulo de comprendido por la herramienta deformadora
despus que esta se retira.
Relacin entre Fuerza de plegado F y la anchura de la matriz
V
Para plegar chapa de 1 mm de espesor podemos utilizar una V de 6
o de 8 mm. La fuerza necesaria es de 11 Tons y 8 Tons
respectivamente. Observamos que para un mismo espesor de chapa
cuando aumentamos la anchura de la V disminuye el tonelaje
necesario. Esto suceder siempre. Por tanto, decimos que la Fuerza
necesaria F es inversamente proporcional a la anchura de la matriz
V. Esto se expresa:
CARACTERSTICAS GEOMTRICAS DEL PLEGADORadio mnimo de plegado:
debe ser el mayor posible para evitar fallos por concentracin de
tensiones.
Clculo prctico aproximado
Donde,S = es pesor de la chapa (mm).=alargamiento a la rotura
(en tanto por 1).ut = resistencia a la traccin (kg/mm2).Para que el
plegado sea posible, el radio de plegado debe ser mayor que el
radio mnimo calculado
Deformacin plstica del metal alrededor de un eje. Fuerza de
flexin Se produce poco o ningn cambio en el espesor.Fibras
comprimidas y fibras tensionadas.
FUERZA DE DOBLADO EN V
Estriccin localizada:Se produce cuando la elongacin de fibra
externa (et) excede la elongacin uniforme del material (eu).
Fractura:Est relacionada con la reduccin de rea (q) del ensayo
de traccin.
Un material con q > 0,5 por lo general se puede doblar 180
(Radio de doblez = 0)
DONDE:E = MODULO DE ELASTICIDAD0.2 = ESFUERZO DE FLUENCIA
Carga Crtica de Pandeo: Sea el momento de inercia de la
plancha.
Area de la placha:
Radio de giro:
La esbeltez del elemento:
La carga critica de pandeo segn Euler:
Considerando la relacin entre la profundidad del plegado con el
ancho de la placa, la fuerza horizontal requerida para iniciar el
plegado es:
SELECCIN DE ACTUADORES
El actuador vertical 2 deber proporcionar una fuerza mnima de
2000N para sujetar la plancha metlica durante el proceso de
plegado; debiendo, durante su retorno, elevar una masa de 796kg y
otra de 171kg:
Fs =2000N Fr = 2 9486 N
Dnde:Fs: es la carga requerida para la sujecin de la plancha a
plegar.Fr: es la carga requerida para elevar la masa de 967kg.
Esta masa desplazara sobre guas que harn despreciable el efecto
de la friccin.Debido a imperfecciones en los acoples y a
rozamientos entre el cilindro y el embolo se aplicar un factor de
eficiencia ; se introduce adems un factor de carga c de 0.8 con la
finalidad de asegurar una vida til prolongada para el actuador , u=
0,9
Al ser mayor la fuerza requerida durante el retorno del vstago,
se dimensionar el actuador en base al rea de la seccin anular del
embolo. De este modo, para una presin de Trabajo: P =40 bar
El rea anular del embolo deber ser como mnimo de:
Donde Ar: es el rea anular del embolo
Cuya seccin anular es:
La longitud del actuador lv = 486mmLa fuerza mxima que puede
otorgar este actuador, durante la extensin y retorno del
vstago.
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Resistencia al PandeoLa resistencia al pandeo debe ser tomada en
consideracin durante la comprobacin del dimetro del vstago de
acuerdo al tipo de montaje. La carga permisible para un cilindro
hidrulico teniendo en cuenta la carga crtica de pandeo es:
Dnde:
E : Mdulo de elasticidad del acero
E=200GPa
I : Momento de inercia de la seccin del vstago.
Lk : Longitud equivalente de pandeo.
: Factor de seguridad. =4
Para ste cilindro, a partir de la tabla 3.2 y del tipo de
montaje:
Fadm = 525KNLa cual es superior a la fuerza, por lo tanto el
vstago no fallara por pandeo.
ESQUEMA HIDRAULICO
SISTEMA ELCTRICO
