Fabricacion de engranaje helicoidal- PAEZ

UNIVERSIDAD NACIONAL DE MISIONESFACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE ELECTROMECÁNICATECNOLOGÍA DE LOS PROCESOS DE PRODUCCIÓN

TRABAJO PRÁCTICO N°1: PROCESO DE FABRICACION DE UN ELEMENTO MECANICO

MARCOS GENARO PAEZ CAMPOS

Oberá2015

INDICE

1 Especificaciones de la pieza.........................................................................................................31.1 Material de partida.................................................................................................................3

1.1.1 Calidad en símbolos SAE...............................................................................................31.1.2 Medidas normalizadas y forma de elaboración..............................................................41.1.3 Tratamientos térmicos que admite el material...............................................................4

1.2 Dimensiones de la pieza........................................................................................................51.2.1 Plano normalizado según Normas IRAM......................................................................51.2.2 Terminación superficial DIN..........................................................................................51.2.3 Cantidad a producir........................................................................................................6

2 Desarrollo.....................................................................................................................................62.1 Determinación de la perdida de material y porcentaje de desperdicio..................................62.2 Esquema de la secuencia de mecanizado...............................................................................62.3 Fundamentos de la secuencia de las operaciones, forma de sujeción, números de pasada...8

3 Estudio detallado de cada operación..........................................................................................103.1 Selección de los parámetros de trabajo................................................................................103.2 Tiempo de mecanizado para cada operación.......................................................................163.3 Potencia absorbida en cada operación.................................................................................203.4 Tabla resumen de parámetros..............................................................................................23

4 Accesorios..................................................................................................................................234.1 Refrigerantes y lubricantes a utilizar...................................................................................234.2 Dispositivos de sujeción......................................................................................................24

5 Herramientas para cada operación.............................................................................................256 Selección de máquinas y equipos...............................................................................................277 Calculo del costo de la pieza......................................................................................................29

7.1 Costo de la Materia prima (CMP).......................................................................................297.2 Determinación del costo unitario.........................................................................................30

8 Referencias.................................................................................................................................339 ANEXOS....................................................................................................................................34

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1 Especificaciones de la pieza

1.1 Material de partida

1.1.1 Calidad en símbolos SAE

Las ruedas dentadas pueden fabricarse de una variedad de materiales muy extensa para obtener las propiedades adecuadas según el uso que se les va a dar. Desde el punto de vista de diseño mecánico, la resistencia y la durabilidad, es decir la resistencia al desgaste, son las propiedades más importantes. Sin embargo, en general, el diseñador deberá considerar la capacidad para fabricar el engranaje, tomando en cuenta todos los procesos de fabricación que intervienen desde la preparación del disco para el engrane, pasando por la formación de los dientes del engranaje hasta el ensamble final de este en una máquina. Otras consideraciones que deben tenerse en cuenta son: peso, resistencia a la corrosión, ruido y costo.Para este caso, el material de partida se determinó realizando exploración a ciertas bibliografías del tema [3], y estableciendo un material típico para aplicaciones que demanden una potencia media a bajo costo. Además se tuvo en cuenta la disponibilidad del material en el mercado regional de manera de poder relevar su costo fácilmente. De esta manera, el material elegido es un acero 1045 cuyas propiedades mecánicas se listan a continuación:

Tabla 1. Propiedades mecánicasRESISTENCI

A A LA TENSION (Kg/cm2)

PUNTO DE CEDENCIA (Kg/cm2)

% ELOGACIO

N EN50.8 m.m.

REDUCCION DE AREA

DUREZABRINEL

L

Estirado en frío1"Ø 7700 5500 19 32 220Recocido

(790ºC) 1"Ø5600 3375 30 54 160

Normalizado(900ºC)

1"Ø2"Ø4"Ø

610060005900

3815

3750

3500

282827

525250

190170170

Templado (840ºC) yRevenido (180ºC)

1"Ø2"Ø4"Ø

767073007225

5330

5210

453

242627

636667

21019519

3

6 0

Sus propiedades físicas son: Densidad 7.87 g/cm3 (0.284 lb/in3)

Su composición química es: C = 0.43 - 0.50 %

Mn = 0.60 - 0.90 %

Si = 0.15 - 0.35 %

P = 0.04 %

S = 0.05 %

1.1.2 Medidas normalizadas y forma de elaboración

Una vez establecido el material, seleccionamos de las diferentes formas de suministro, la más conveniente para el maquinado de la pieza. Al tratarse de un engranaje, se opta por la obtención de barras redondas laminadas.El laminado es un proceso de deformación en el cual el metal pasa entre dos rodillos y se comprime, reduciéndose así su espesor (o su sección transversal). La mayoría de los productos laminados se realizan en caliente debido a la gran cantidad de deformación requerida. El trabajo empieza con un lingote de acero fundido y recién solidificado. Aún caliente, el lingote se coloca en un horno donde permanece muchas horas, hasta alcanzar una temperatura uniforme en toda su extensión, para que pueda fluir consistentemente durante el laminado. El lingote recalentado pasa al molino de laminación, donde se convierte en una de las tres formas intermedias llamadas lupias, tochos o planchas. Estas formas intermedias se laminan posteriormente para convertirlas en productos finales.

De acuerdo a las dimensiones de la pieza, se determina las medidas normalizadas de la barra de acero que vamos a adquirir.La pieza tiene un diámetro mayor de 114mm por lo que elegimos el más próximo superior, de manera que tengamos un margen de material para el maquinado de la pieza. El diámetro próximo superior comercialmente disponible es de 120mm.La longitud de la barra se establece según las necesidades del cliente, con un mínimo de 500mm. Siendo que cada engrane a fabricar tiene una longitud de 41mm y haremos 10 piezas, se resuelve la compra de la barra de 500mm.

1.1.3 Tratamientos térmicos que admite el material

Los tratamientos térmicos que admite este material se listan en la siguiente tabla:

Tabla 2. Tratamientos térmicos acero SAE 1045TRATAMIENTOS TÉRMICOS (Valores en °C)Forjado 1050 – 1200

4

Normalizado 870 - 890Revenido 300 - 670Recocido 650 - 700

TempladoAgua 820 - 850Aceite 830 - 860

1.2 Dimensiones de la pieza

1.2.1 Plano normalizado según Normas IRAM

El plano de la pieza según Normas IRAM se adjunta en el anexo del trabajo.

1.2.2 Terminación superficial DIN

Para indicar la terminación superficial de una pieza se utilizan una serie de símbolos establecidos en la norma DIN 140 y adoptados por la Norma IRAM 4517. Los símbolos establecidos se indican en la tabla 3.

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Tabla 3. Terminación superficial normas IRAM 4517

En el plano de la pieza se puede observar el uso de esta norma para indicar el nivel de acabado de las superficies.

1.2.3 Cantidad a producir

Como se mencionó anteriormente se fabricaran 10 piezas a partir de una barra redonda de acero SAE 1045 laminado de 120mm de diámetro y 500mm de largo.

2 Desarrollo

6

2.1 Determinación de la perdida de material y porcentaje de desperdicio

La pérdida de material será para nuestro caso:

Pvol=V barra−10∗V pieza

Pvol=5.65∗10−3 m3−10∗2.88∗10−4 m3=2.76∗10−3 m3

Los kg de material desperdiciado serán:γ ac=7870 kg /m3

Pkg=44.465 kg−22.665 kg=21.8 kg

Y el porcentaje de desperdicio:

%desperdicio=Pvol

V barra

=48.85 %

2.2 Esquema de la secuencia de mecanizado

Tabla 4: Esquema de la secuencia de mecanizadoN° Operación Máquina

herramientaIlustración

1 Aserrado: seccionamiento de la barra de acero para obtener diez partes de iguales dimensiones, que luego se mecanizaran por separado. Cada una de estas partes se denomina preforma.

Sierra sin fin

2 Refrentado: operación mediante la cual se logra la terminación superficial de las caras del engranaje. Torno

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3 Cilindrado del cubo: mediante esta operación se obtienen las dimensiones finales de los diámetros exteriores de la pieza y la terminación superficial adecuada.

Torno

4 Cilindrado de la corona: esta operación corresponde al desbaste y acabado de la parte donde posteriormente se tallaran los dientes.

Torno

5 Perforado: consiste en la realización del orificio mediante el cual la pieza se montara sobre un eje. Torno

6 Cilindrado interior: Luego del perforado se realiza un acabado interior para darle la terminación adecuada.

Torno

8

6 Ranurado: operación mediante la cual se realiza el chavetero del engrane.

Mortajadora

7 Dentado: operación de tallado de los dientes del engranaje.

Creadora de engranajes

tipo Fellows

2.3 Fundamentos de la secuencia de las operaciones, forma de sujeción, números de pasada

Aserrado

Tras adquirir del proveedor la barra de acero 1045 de acuerdo a las especificaciones indicadas, la primera operación será la del aserrado o corte de la barra. Para ello se debe utilizar una sierra sin fin de una potencia adecuada para el corte de la barra de 120mm de diámetro.Con el aserrado se logra dividir la barra en 10 partes iguales de 43 mm de espesor, para el posterior mecanizado de las partes por separado. La operación se realiza sujetando la pieza en la morsa, midiendo previamente la longitud requerida, para luego realizar el corte mediante una sierra de cinta. Se debe tener en cuenta una pérdida de material de aproximadamente 1mm de acuerdo al grosor de la hoja de la sierra.Esta operación no se incluirá en el análisis de la fabricación de la pieza, ya que conviene comprar el material ya aserrado, siendo que en este caso el precio es igual al de la barra en bruto.

Refrentado

Con el refrentado se logra una terminación adecuada para las caras del engranaje. El proceso consiste en el ataque frontal a gran velocidad y poca profundidad con herramientas adecuadas. Para

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realizar esta operación se sujeta un extremo de la preforma en el plato del torno y el otro extremo se deja en voladizo ya que es donde va a actuar la herramienta. Se realiza un Refrentado de ambas caras de la preforma con una profundidad de 1 mm y en un diámetro de 120mm con una herramienta de refrentar de mango recto con plaquita de metal duro.

Cilindrado

La operación de cilindrado es una operación que se utiliza para ajustar las medidas del material a los requerimientos de la pieza. En este caso la herramienta avanza de forma longitudinal al eje de la pieza.

Cilindrado exterior del cubo

El cilindrado exterior del cubo se realiza para obtener un diámetro de 80 mm a lo largo de una longitud de 16mm desde el extremo de la pieza. Esta operación cuenta con dos suboperaciones:

Suboperación 1: desbaste hasta 83mm de diámetro. El número de pasadas se obtiene al dividir el diámetro inicial Di, y el final, Df, entre el doble de la profundidad de corte:

m=Di−D f

2 p=120−84

2∗3=6 pasadas

Suboperación 2: acabado hasta 80mm de diámetro. De la misma forma el número de pasadas será:

m=Di−D f

2 p=84−80

2∗1=2 pasadas

Cilindrado exterior de la corona

Una vez acabado el cubo del engranaje se procede a mecanizar la corona, que corresponde al otro extremo del engranaje y es la parte donde posteriormente se tallaran los dientes.Esta operación se realiza para obtener un diámetro de 114mm, mediante dos suboperaciones:

Suboperación 1: desbaste hasta un diámetro de 116mm. El número de pasadas será:

m=Di−D f

2 p=120−116

2∗2=1 pasada

Suboperación 2: acabado hasta 114mm de diámetro. De la misma forma el número de pasadas será:

m=Di−D f

2 p=116−114

2∗1=1 pasada

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Perforado

Para perforar la pieza podemos usar el mismo torno, utilizando un mandril en lugar del contrapunto. La perforación conviene hacerla de forma gradual empezando con una broca pequeña para luego ir aumentando el diámetro hasta obtener las dimensiones deseadas. De esta manera, empezaremos con una broca de 10mm, luego se perforara con una broca de 23mm para terminar la perforación.El proceso de perforado también se puede realizar en una taladradora, pero estas vienen generalmente para tamaños de hasta 13mm de diámetro. Lo que se hace es realizar el perforado de 13mm y luego en el torno agrandar el orificio hasta el diámetro deseado.

Cilindrado interior

Luego del perforado se realiza el cilindrado interior para mejorar el acabado de la superficie interna de la pieza. La profundidad de pasada es de 1mm, y el número de pasadas será:

m=Df −Di

2 p=25−23

2∗1=1 pasada

Ranurado

Para realizar la ranura de la chaveta se utiliza una mortajadora con una herramienta de punta recta para huecos, apta para acero duro. (Rossi tabla XVI, p. 385).

Dentado

El procedimiento de tallado de los dientes del engrane helicoidal será realizado mediante una talladora de engranaje tipo Fellows. La misma trabaja mediante un engranaje generador que con un movimiento rotatorio y de vaivén vertical va tallando los dientes de la rueda.El tallado se hará en una dos pasada, correspondiente a dos vueltas completas de la rueda.

3 Estudio detallado de cada operación

3.1 Selección de los parámetros de trabajo

La elección de los parámetros de trabajo se realiza en función a las recomendaciones del libro “Maquinas-Herramientas Modernas” de Mario Rossi [1].

Para la determinación de las velocidades en las operaciones del torno, se deben calcular previamente las rpm disponibles en la máquina. Para nuestro modelo en particular, torno WISDOM modelo CO636A, tenemos las siguientes características:

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Numero de velocidades: Z=18Gama de velocidades:Ni=35 rpmNf=1800rpm

Las velocidades reales del torno se determinan mediante la siguiente formula:

φ= z−1√ nf

ni

=18−1√ 180035

=1,26

Las velocidades del torno en rpm serán:

n1=ni35 rpm

n2=n1∗φ 44.10 rpm

n3=n2∗φ 55.57 rpm

n4=n3∗φ 70.01 rpm

n5=n4∗φ 88.22 rpm

n6=n5∗φ 111.15 rpm

n7=n6∗φ 140.05 rpm

n8=n7∗φ 176.47 rpm

n9=n8∗φ 222.35 rpm

n10=n9∗φ 280.16 rpm

n11=n10∗φ 353.00 rpm

n12=n11∗φ 444.78 rpm

n13=n12∗φ 560.42 rpm

n14=n13∗φ 706.13 rpm

n15=n14∗φ 889.72 rpm

n16=n15∗φ 1121.05 rpm

n17=n16∗φ 1412.53 rpm

n18=n17∗φ 1779.78 rpm

Para el cálculo de la profundidad y la sección de viruta se utilizan las siguientes expresiones:

p=Dinicial−D final

2[mm]

q=p ∙a[mm2]Para calcular las revoluciones teóricas para la operación que se esté analizando, se utiliza:

nt=V ct

2∙ π ∙ RR=radio del elemento que gira(enm)

Ahora, teniendo en cuenta cuales son las velocidades a las que puede trabajar el torno elegido, se procede a calcular la velocidad de corte real, ayudado con la fórmula:

V cr=π 2 R nr

Luego, se procede a calcular el número de revoluciones necesarias para completar una carrera:

n'= ca

donde c=carrera (mm ) y a=avance ( mmvuelta )

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Luego de contar con estos valores, se procede al cálculo del tiempo mínimo de operación:

T m=n'

nr

Una vez hallados los tiempos de operación, se deben calcular por las cantidades de repeticiones necesarias para elaborar las 10 piezas.Por último, es importante que se calcule la potencia que consume cada operación, con ayuda de la siguiente expresión:

N (CV )=q ∙ σ s ∙ v

4500 ∙ ηDónde:

Nu = potencia útil en CV.

σ s = esfuerzo unitario de desgarramiento en kg/mm2, de la tabla LXXXIV

v = velocidad de corte real en m/min

η = rendimiento

Este es el procedimiento que se utilizara para todas las operaciones.

Refrentado

De acuerdo a la Tabla LXXXV p. 973 [2] elegimos el avance en función del diámetro de la pieza y el tipo de operación. De esta manera, para un diámetro de 120mm se toma un avance de 0.3 mm/vuelta, correspondiente a un avance para acabado superficial.Por el tipo de operación se recomienda hacer mínima la sección de viruta y aumentar la velocidad dentro de lo permisible [2], de manera que se selecciona una profundidad de corte de 1mm, y se calcula la sección de viruta q:

q=p∗a=1mm∗0.3 mm

vuelta=0.3 mm2/vuelta

Este parámetro también se encuentra tabulado en [2], tabla LXXXVI, p. 974.

La velocidad de corte se determina en función de la sección de viruta (q) y el material a trabajar. Cabe aclarar que a medida que aumenta la velocidad aumenta el calor generado y por lo tanto la temperatura de la herramienta, acortando su vida útil. Por este motivo se recomienda mantenerse dentro de los límites permitidos por la clase de material de la herramienta y por la condición de la maquina [2].Mediante la tabla LXXXIX, p. 976 [2] se determina una velocidad de corte teórica de 72m/min.Las rpm teóricas serán:

nT=vcT

2πR=190.99 rpm

Adoptando la velocidad del torno más próxima, en este caso la n8=176.47 rpm, calculamos la velocidad de corte real:

vcr=2 π∗R∗nr=66.53 m /min

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Cilindrado del cubo

Suboperación 1: desbaste hasta el diámetro de 84mm.La profundidad de corte, como se ha indicado se establece en 3mm por pasada. El número de pasadas ya se ha calculado en el apartado anterior y corresponde a 6 pasadas para esta Suboperación.El avance lo determinamos mediante la tabla LXXXV, p. 973 [2], operación desbaste, diámetro 120mm, a=0.4mm/vuelta.

Sección de viruta:


vuelta=1.2mm2/vuelta

Velocidad de corte teórica, tabla LXXXIX, p. 976 [2]:

vct=36 m /minLas rpm teóricas serán:

nt=vct

2 πR=95.5 rpm

Adopto n5=88.22 rpm,

Velocidad de corte real:vcr=2 π∗R∗nr=33.26 m/min

Suboperación 2: acabado.

Profundidad de corte:p=1mm /carrera

Avance, tabla LXXXV, p. 973 [2]:a=0.2 mm/ vuelta

Sección de viruta:



Velocidad de corte teórica, tabla LXXXIX, p. 976-977 [2]:


nt=vct

2 πR=306.94 rpm


Velocidad de corte real:vcr=2 π∗R∗nr=73.93 m /min

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Cilindrado corona

Suboperación 1: desbaste hasta un diámetro de 116mm.


Avance, tabla LXXXV, p. 973 [2]:a=0.4 mm/vuelta

Sección de viruta:





nt=vct

2 πR=143.24 rpm



Suboperación 2: acabado hasta 114mm de diámetro


Avance, tabla LXXXV, p. 973 [2]:a=0.3 mm /vuelta

Sección de viruta:




vct=72m /minLas rpm teóricas serán:

nt=vct

2 πR=197.57 rpm



Perforado

Suboperación 1: perforado 10mm.

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De la tabla XCII, p.989 [2], se establece:

Avance: a= 0.1525 mm/vueltaRpm teóricas: nt=640 rpmRpm reales (torno): adopto nr=560.42 rpmProfundidad de perforado= 41 mm.Superficie de la viruta arrancada: q= 0.7625 mm2Esfuerzo unitario de desgarramiento: σ s=300 kg /mm2

Suboperación 2: perforado 23mm.

De la tabla XCII, p.989 [2], se establece:

Avance a=0.4 mm/vueltaRpm teóricas: nt=255 rpmRpm reales (torno): adopto nr=222.35 rpmProfundidad de perforado= 41 mm.Superficie de la viruta arrancada: q= 5 mm2Esfuerzo unitario de desgarramiento: σ s=266 kg/mm2

Cilindrado interior


Avance, tabla LXXXV, p. 973 [2]:a=0.05 mm /vuelta

Sección de viruta:




vct=95 m /minObtenida por extrapolación lineal.

Las rpm teóricas serán:

nt=vct

2 πR=1209.6 rpm

Adopto n8=1121rpm,

Velocidad de corte real:vcr=2 π∗R∗nr=88 m/min

Ranurado

Las dimensiones del chavetero son de 2mm x 8mm con una longitud de 41mm. Por lo tanto se definen los siguientes parámetros:

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Profundidad de corte: p=2mmEl avance según el diagrama de la fig. 862, p. 986-987 [2] es:a=1 mm/carreraEl ancho de la ranura es: c=8 mmMediante el diagrama obtenemos la velocidad de corte: v t=13 m /minSuponemos una velocidad de retroceso igual al doble de la de trabajo [2]: vr=2∗v t=26 m /minTiempo para una carrera doble de 1m: t 1 m=0.118minLa ranura tiene una longitud de 41mm más el recorrido en vacío de la herramienta de 10mm = 51mm.

Dentado

Para el proceso de dentado se establecen los parámetros básicos definidos en [2].

Modulo: m=3Numero de dientes a tallar: z=36Numero de vueltas necesarias para tallar la rueda completamente (de la tabla CIV, p. 1021 [2]): nr=2.173Avance: a=0.18 mm/carrera [2]Carrera: c=25 + 3*2=31 mm (teniendo en cuenta la entrada y salida de la herramienta [2]).Velocidad máxima de corte: v=18 m/minNumero de carreras por minuto del carro portaherramienta, de la tabla CV, p. 1021 [2]:n=185 carreras /min

3.2 Tiempo de mecanizado para cada operación

Refrentado

El tiempo de maquina necesario para realizar una pasada viene dado por:

T M= ca∗n

= 60 mm

0.3mm

vuelta∗176.47 rpm

=1.13 min

Siendo:

c=carrera[mm], para este caso igual al radio de la pieza: c=60mm.a = avance [mm/vuelta], calculado anteriormente.n = número de revoluciones por minuto del torno.

El número de pasadas m, ya calculado anteriormente, es:

m= ppt

=1 pasada

El tiempo total será la suma de los tiempos por el número de pasadas para completar la operación:

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T Mt=T M∗m=1.13 min

A este tiempo hay que agregarle los tiempos improductivos, que computaremos como el 20%.Por otro lado, como se realizan dos operaciones de refrentado, una por cada cara se tiene

T T 1=2∗(1.2∗T Mt)=2.712min

Cilindrado del cubo

Suboperación 1:


T M= ca∗n

Siendo:c=carrera[mm], para este caso: c=16mm.a = avance [mm/vuelta], calculado anteriormente: a=0.4 mm/vuelta.n = número de revoluciones por minuto del torno, n5=88.22 rpm

Por lo tanto el tiempo de una pasada es:

T M= ca∗n

= 16 mm

0.4mm

vuelta∗88.22 rpm

=0.45 min

El número de pasadas, ya calculado anteriormente, es:

m=pt

p=18 mm

3 mm=6 pasada



Sumando los tiempos improductivos:

T 2.1=1.2∗T Mt=3.264 min

Suboperación 2:


T M= ca∗n

Siendo:

c=carrera[mm], para este caso: c=16mm.a = avance [mm/vuelta], calculado anteriormente: a=0.2 mm/ vuelta.n = número de revoluciones por minuto del torno, nr=280.16 rpm

18


T M= ca∗n

= 16 mm

0.2mm

vuelta∗280.16 rpm

=0.285 min


m=pt

p=2 mm

1 mm=2 pasadas

El tiempo total de maquina será la suma de los tiempos por el número de pasadas para completar la operación:


El tiempo de la operación: T 2.2=1.2∗T Mt=0.684 min

Cilindrado corona

Suboperación 1:El tiempo de maquina necesario para realizar una pasada viene dado por:

T M= ca∗n

Siendo:

c=carrera[mm], para este caso: c=25mm.a = avance [mm/vuelta], calculado anteriormente: a=0.4 mm/vuelta.n = número de revoluciones por minuto del torno, nr=140.05 rpm


T M= ca∗n

= 25 mm

0.4mm

vuelta∗140.05 rpm

=0.47 min


m=pt

p=2 mm

2 mm=1 pasada

El tiempo total de máquina será la suma de los tiempos por el número de pasadas para completar la operación:

T Mt=T M∗m=0.47 minTiempo de la operación incluyendo los tiempos inactivos:

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T 3.1=1.2∗T Mt=0.564 min

Suboperación 2:


T M= ca∗n

Siendo:

c=carrera[mm], para este caso: c=25mm.a = avance [mm/vuelta], calculado anteriormente: a=0.3 mm /vuelta.n = número de revoluciones por minuto del torno, nr=176.47 rpm


T M= ca∗n

= 25 mm

0.3mm

vuelta∗176.47 rpm

=0.472 min


m=pt

p=1 mm

1 mm=1 pasada



Tiempo de la operación incluyendo los tiempos inactivos:

T 3.2=1.2∗T Mt=0.6768 min

Perforado

El tiempo empleado en la operación se determina de la misma manera que en los apartados anteriores:

T M= ca∗n

Siendo:

c=carrera[mm], para este caso la profundidad de la perforación: c=41mm.a = avance [mm/vuelta], calculado anteriormente: a=0.4 mm/vueltan = número de revoluciones por minuto del torno, nr=222.35 rpm

Por lo tanto el tiempo de la Suboperación 1 es:

T M= ca∗n

= 41 mm

0.1525mm

vuelta∗560.42rpm

=0.48 min

20

Por lo tanto el tiempo de la Suboperación 2 es:

T M= ca∗n

= 41mm

0.4mm

vuelta∗222.35 rpm

=0.461 min


T 4.1=1.2∗T Mt=0.576 min

T 4.2=1.2∗T Mt=0.553 min

Cilindrado interior


T M= ca∗n

Siendo:

c=carrera[mm], para este caso: c=41mm.a = avance [mm/vuelta], calculado anteriormente: a=0.05 mm /vuelta.n = número de revoluciones por minuto del torno, nr=1121rpm


T M= ca∗n

= 41 mm

0.05mm

vuelta∗1121rpm

=0.7315 min


m=pt

p=1 mm

1 mm=1 pasada




T 5=1.2∗T Mt=0.88min

Ranurado

El tiempo para una carrera doble será, según el diagrama [2] de: 0.063 min

En 1 min tengo las carreras dobles: n= 10.063

=15.87 carreras

21

Para realizar la ranura se necesitaran:

n ´= ca= 3 mm

1 mm /carrera=3 carreras dobles

Por lo tanto el tiempo requerido será:

T M=n´∗t 1 carr=0.5 min

Considerando tiempos inactivos:

T 5=1.2∗T Mt=6 min

Dentado

El tiempo de maquinado viene dado por:

T M=nrπ∗z∗m

n∗a=2.173

π∗36∗3185∗0.18

=22.14 min

3.3 Potencia absorbida en cada operación

Refrentado

Para el cálculo de la potencia primero determinamos el esfuerzo unitario de desgarramiento con la tabla LXXXIV, p. 970 [2], en función del material y la sección de la viruta. Para este caso

σ s=300kg

mm2

La potencia absorbida será:

N1 CV=q∗σ s∗vcr

4500∗η=1.66 CV

La energía consumida en esta operación se determina por:

E1=N1 CV∗0.735∗T T 1∗1

60=0.055 KWH

Cilindrado del cubo

Suboperación 1:

22


σ s=300kg

mm2


N2.1CV=q∗σ s∗vcr

4500∗η=3.32CV


E2.1=N2.1CV∗0.735∗T 2.1∗1

60=0.133 KWH

Suboperación 2:


σ s=300kg

mm2


N2.2CV=q∗σ s∗vcr

4500∗η=1.232 CV


E2.2=N2.2CV∗0.735∗T 2.2∗1

60=0.010 KWH

Cilindrado corona

Suboperación 1:


σ s=300kg

mm2


N e CV=q∗σs∗v cr

4500∗η=3.52 CV


23

E3.1=N3.1CV∗0.735∗T 3.1∗1

60=0.024 KWH

Suboperación 2:


σ s=300kg

mm2


N e CV=q∗σ s∗v cr

4500∗η=1.61 CV


E3.2=N3.2CV∗0.735∗T 3.2∗1

60=0.013 KWH

Perforado

Para determinar la potencia primero se calcula el momento de torsión que genera la fuerza total de desgarro del material [2]:Para la Suboperación 1:

M T=σ s∗a∗d2

8=571.875 kgmm

Para la Suboperación 2:

M T=σ s∗a∗d2

8=8312.5 kgmm

La potencia absorbida por las operaciones se determina por:


N4.1CV=M T∗n

537=0.572 kgm∗560.42 rpm

537=0.6 CV


N4.2CV=M T∗n

537=8.312 kgm∗222.35 rpm

537=3.44 CV

La energía consumida en estas operaciones se determina por:

E4.1=N 4.1CV∗0.735∗T 4.1∗1

60=0.004 KWH

E4.2=N 4.2CV∗0.735∗T 4.2∗1

60=0.023 KWH

24

Cilindrado interior


N e CV=q∗σ s∗v cr

4500∗η=0.42 CV


E5=N5 CV∗0.735∗T 5∗1

60=0.0045 KWH

Ranurado

La potencia máxima absorbida para este tipo de máquinas viene dada por:

N e CV=v t(P+Q∗f )

4500 η

Donde

P=q∗σ s=2 mm2∗300kg

mm2=600 kg

Q=2000 kgf =0.1η=0.7

N5 CV=13 m /min (600 kg+2000 kg∗0.1)

4500∗0.7=3.3 CV


E5=N5 CV∗0.735∗T 5∗1

60=0.242 KWH

Dentado

La talladora de engranaje seleccionada tiene una potencia nominal de 4 HP, si consideramos que durante el tallado la maquina trabaja a plena potencia y estimamos un rendimiento de 0.7, por ser una maquina usada, tenemos:

N6 CV=0.7∗4=2.8CV

La energía consumida será de:

E6=N6 CV∗0.735∗T 6∗1

60=0.76 KWH

25

3.4 Tabla resumen de parámetros

Ver anexo.

4 Accesorios

4.1 Refrigerantes y lubricantes a utilizar

Para los procesos de mecanizado de un metal se utilizan diferentes fluidos para mejorar las condiciones de corte en comparación con las de un corte en seco. Estos fluidos, denominados fluidos de corte tienen diferentes funciones, entre las cuales podemos citar:

Refrigeración, de manera de conducir bien el calor y enfriar la herramienta y el material.

Lubricación, reduciendo la fricción y minimizando la erosión de la herramienta

Prevención de la formación del filo recrecido

Protección de la herramienta contra corrosión y oxidación

Lubricación de la máquina-herramienta

Evacuación de virutas y limpieza de rebabas

El aceita a utilizar en los procesos de mecanizado será un aceite biodegradable especial para estas aplicaciones. La marca es SKF LUB 200:

Datos técnicos

Designación LUB-200Descripción Aceite biodegradableGravedad específica 0,916Color AzulTipo de aceite base SintéticoRango de temperaturas de funcionamiento De 10 a 50°CViscosidad del aceite base: 40 °C (104 °F), mm²/s 100 °C (212 °F), mm²/s

36 mm²/s 8 mm²/s

Punto de inflamación 310 °C (NFT 60-118)Punto de fluidez –21°C (NFT 60105)Tamaños de envases disponibles: Latas de 2, 5 y 60 l

26

Figura 1: Lubricante SKF

4.2 Dispositivos de sujeción

Los dispositivos a utilizar para la sujeción tanto de la barra como de las herramientas son los siguientes:Plato universal de 3 mordazas: sirve para sujetar la pieza durante el mecanizado. Las mordazas se cierran o abren mediante una llave de ajuste.

Punta o contrapunta: se emplean para sujetar los extremos libres de las piezas de longitud considerable. Se pueden utilizar puntas fijas (requieren lubricación constante en la punta) o puntas móviles (no requieren lubricación ya que giran con la pieza y poseen rodamientos que le permiten clavar y mantener fija la cola).

5 Herramientas para cada operación

Las herramientas para los procesos de desbaste y acabado en el torno serán todos de placas de metal duro, ya que como se ha señalado en el cursado, es más práctico y nos ahorra tiempo a la hora de la selección de una herramienta para realizar un proceso de mecanizado.Los ángulos vienen en función del material a mecanizar (acero duro para nuestro caso) [1].La sección del mango se elige en función a la sección de viruta a arrancar. Podemos valernos de la tabla de la pág. 378 [1]. También se puede adoptar como regla general establecer un área del mango de 80 a 100 veces la sección de viruta [1].

Para las diferentes operaciones se utilizarán [1]:

27

Refrentado: Herramienta de refrentar DIN 4980 derecha 10x10x100 con plaquita A8 DIN 4950 P01 (fig.1).Cilindrado exterior: Herramienta recta para desbaste DIN 4971 derecha 12x12x125 con plaquita A12 DIN 4950 P10 (fig. 5).Cilindrado exterior fino: Herramienta recta para afinar DIN 4975 10x10x100 con plaquita E8 DIN 4950 P01 (fig. 4975).Cilindrado interior: Herramienta para refrentar interiores DIN 4974 10x10x100 con plaquita A8 DIN 4950 P01 (fig. 2).

Por una cuestión de practicidad conviene la compra de un lote de herramientas para el torno. Para visualizar los precios se adjunta la siguiente figura.

28

Figura 3: Herramienta de refrentar

Figura 2: Herramienta para cilindrado interiorFigura 5: Herramienta

para acabado

Figura 4: herramiena para desbaste

Figura 6: Lote de herramientas para torno. Extraido de : www.mercadolibre.com.ar

Para la operación de perforado se utiliza una broca de mango de acero rápido de 10mm de diámetro, denominación: 10 N DIN 345 SS.Para la segunda operación de perforado se utilizara una broca similar de 23mm de diámetro denominación 23 N DIN 345 SS.A modo ilustrativo se adjunta una publicación de venta de estas mechas (fig. 7).

Figura 7: Broca cono morse para torno. Extraido de : www.mercadolibre.com.ar

Para la operación de mortajado se pueden utilizar herramientas de una sola pieza o portaherramientas con cuchillas postizas o insertos. Los parámetros que se deben conocer en estas herramientas son los ángulos de incidencia, el del filo y el de ataque. La forma de los filos se rige

29

por el material que se va a trabajar [2]. Para este caso se podrá utilizar la herramienta mostrada en la fig. 8, que corresponde al ancho del chavetero del engranaje. La misma es importada por la empresa SINPAR.

Figura 8: Herramienta para mortajar. Extraído de: http://www.sinpar.com.ar/

Por último, para la operación del tallado de los dientes se dispone de un engranaje creador para talladora marca fellows. Se considera que la maquina viene con engranajes creadores de distintos módulos, sin embargo a modo informativo se adjunta una publicación de estas herramientas (fig. 9).

Figura 9: Rueda cortante para talladora Fellows. Extraido de : www.mercadolibre.com.ar

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6 Selección de máquinas y equipos

A continuación se listan las diferentes maquinas herramientas a utilizar y sus especificaciones.

TORNO PARALELO marca WISDOM modelo CO636A

Figura 10: torno paralelo Wisdom CO636A

Características:

Volteo sobre bancada.....................................................................320 mmVolteo sobre carro...........................................................................198 mmVolteo sobre escote.........................................................................476 mmLargo del Escote..............................................................................187 mmDistancia entre Puntas.....................................................................1000 mmPasaje del Husillo...............................................................................38 mmCono del Husillo....................................................................................MT 5Número de Velocidades...........................................................................18Gama de Velocidades............................................................35 - 1800 rpmCono de la Contra Punta......................................................................MT 3Roscas Métricas........................................................................... 56 clasesRoscas Whitworth.........................................................................72 clasesRoscas DP ....................................................................................72 clasesRoscas Módulo..............................................................................44 clasesPotencia del Motor.................................................................................2 HPPeso.................................................................................................. 760 kgPrecio: $93000Extraido de : https:/www.mercadolibre.com.ar/

MORTAJADORA WISDOM SW-350

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Figura 11: Mortajadora Wisdom SW-350

Características:

Relación de la Mesa Divisora............................................................1:80Recorrido máx.............................................................................350 mmAngulo de Inclinación del Cabezal.......................................................30°Diámetro de la Mesa Divisora................................................. Ø 660 mmRecorrido Longitudinal de la Mesa Divisora................................550 mmRecorrido Transversal de la Mesa Divisora.................................720 mmCarreras por min. Del Carnero...........................................25, 45, 70, 98Peso.............................................................................................2000 kgPotencia del Motor........................................................................... 4 HPDimensiones.......................................................2300 x 1100 x 2100 mmPrecio: $365000Extraido de : https:/www.mercadolibre.com.ar/

TALLADORA DE ENGRANAJES TIPO FELLOWS

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Figura 12: Talladora de engranajes Pama OMA 805 S.

Características:

MARCA: PAMAMODELO: OMA 805 SMODULO MAX.: 5DIÁMETRO MAX.: Ø 275 MM.ALTURA MAX. DE TRABAJO: 70 MM.POTENCIA: 4 HPPESO: 2800 KG.DIMENSIONES: 1500 X 1500 X 1800 MPrecio: $75000Extraido de : https:/www.mercadolibre.com.ar/

7 Calculo del costo de la pieza

El costo total de la pieza será la suma de los costos fijos y variables que incurre la empresa. De manera general se puede representar el costo total de producción como:

CT=CMP+CMOD+CEE+Cagua+C ins directos+C Amort+C Mant+C Adm+C varios

7.1 Costo de la Materia prima (CMP)

La comercialización del acero se realiza por kg. La barra de 120mm de diámetro de acero SAE 1045 cuesta actualmente 32.14 $/kg. Necesitamos calcular el peso de la barra a adquirir para determinar su precio.

V barra=π R2∗l=π 0.062∗0.5=5.65∗10−3 m3

γ ac=7870 kg /m3

W ac=V barra∗γ ac=44.5 kg

CMP=32.14$kg

∗44.5 kg=$ 1430.35

Costo materia prima por pieza:CMPxu=143 $ / pieza

7.2 Costo de mano de obra directa CMOD

Horas laborales año 2015:

33

Días del año 365Días/año

Sábados y Domingos 104Días/año

Feriados 17Días/año

Licencias Ordinarias 14Días/año

Enfermedades y Accidentes laborales 9

Días/año

Licencias especiales 4Días/año

Total días laborables 217Días/año

Horas de la jornada 8 Hs/día

Horas anuales laborables173

6Hs/año

Horas descanso y otros 0.5 Hs/díaHoras trabajadas por día 7.5 Hs/día

El salario básico se determina mediante el acuerdo salarial de la UOMRA y las cámaras. A esto se le suma los aportes patronales y otras erogaciones relacionadas con el personal. Con estos datos confeccionamos la matriz de mano de obra productiva adjuntada en el anexo del presente trabajo.

De acuerdo a la matriz confeccionada el costo por hora de un operario es 98.23$/hr. El costo por pieza se determina mediante:

CMOxu=95.745 $ /hr

1.5 piezas/hr=63.83 $

pieza

7.3 Costos fijos y Variables

Costo de la energía eléctrica

El costo de la energía eléctrica es un costo variable ya que depende del tiempo activo de las máquinas y por lo tanto del volumen de producción. No obstante, también hay un componente fijo derivado de la iluminación y conexión de otros artefactos que no tendremos en cuenta en este apartado.El servicio de Energía Eléctrica cuesta en la localidad de Oberá alrededor de 0.70 $/KWH, monto en el que se incluyó impuestos municipales, IVA y demás importes.

Con la potencia y los tiempos calculados para la realización de nuestra pieza, determinamos la energía que consumimos en el proceso:

E=∑ T i∗¿ N i¿

34

El costo de la energía eléctrica consumida será:

CEE=E∗0.70 $

KWH=9.00 $

Y el costo por pieza será:

CEExu=0.9 $ / pieza

Costo del servicio de agua

Este costo lo podemos tratar como un costo fijo, estableciendo un monto promedio de acuerdo a los últimos meses. Este costo se computara como el 1% del total.

Costos de insumos directos

Incluye el costo de aquellos materiales que inciden de manera directa en la fabricación de la pieza pero que por su naturaleza no se computan como MP. Se determina como el 1% del costo total.

Costo de mantenimiento de maquinas

Se computara como el 2% del total.

Costos administrativos

Incluyen los costos de insumos de oficina, teléfono, internet, contador, asesor de HySL, representante legal, Medico, etc. Se computa como el 2% del total.

Costos varios

Incluyen los costos por insumos de limpieza, botiquín, impuestos inmuebles y automotor, publicidad, etc. Se computaran también como un 2% del total.

7.4 Costo de amortización de maquinas

Los costos de adquisición de las maquinas a utilizar son:

CMaq=$ 533000

Si consideramos una duración de 10 años para cada máquina, podemos incluir en el costo ed los productos la amortización de las mismas.Suponiendo un promedio de 1700 hs laborales anuales tenemos:

Camort=$ 533000

1700 hsaño

∗10 años=31.35 $/hr

Siendo que el tiempo empleado para la fabricación es de 38.05 min/pieza, tenemos:

35

C Amort . u=19.85 $ / pieza

7.5 Costo unitario por pieza

Finalmente para la determinación del costo unitario se suman todos los costos mencionados anteriormente y se lo reparte en las piezas producidas

Cu=143 $pieza

+ 63.83 $pieza

+ 0.9 $pieza

+ 19.85 $pieza

=227.58 $ / pieza

Agregando un porcentaje por los costos detallados anteriormente obtengo:

CuT−( 0.01CuT )− (0.01CuT )−(0.02CuT )−(0.02CuT )−( 0.02CuT )=258.30 $ / pieza

CuT (1−0.01−0.01−0.02−0.02−0.02 )=258.30 $ / pieza

CuT=247.37 $ / pieza

Para determinar el precio de venta, tengo que adicionar:IVA=21%Renta=3%Margen de ganancia=30%

Obteniendo el valor final de venta de:

Pventa=400.80$

unidad

36

8 Referencias

[BIBLIOGRAPHY1] Rossi, Mario.Máquinas-Herramientas Modernas Vol.2. Madrid, España : DOSSAT S.A.,

1981.

[2]Rossi, Mario. Máquinas-Herramientas Modernas Vol.1. Madrid, España : DOSSAT S.A., 1981.

[3] Faires, Virgil. Diseño de Elementos de Maquina. México, 1994

37

9 ANEXOS

Carrera

c(mm)

Avance (mm/v)

Profundidad (mm)

Sección q

(mm2)Velocidad (rpm)

N° pasadas

TM

(min)

TM 10

piezas

(kg/mm2)Potencia

(CV)Energía (KWh)

Energía 10 piezas (KWh)

1 Refrentado TornoDIN 4980 derecha

10x10x100, plaquita A8 DIN 4950 P01

60.00 0.30 1.00 0.30 176.47 1 2.712 27.120 300 1.660 0.055 0.550

1Desbaste TornoDIN 4971 derecha

12x12x125 plaquita A12 DIN 4950 P10

16.00 0.40 3.00 1.20 88.22 6 3.264 32.640 300 3.320 0.133 1.330

2Acabado TornoDIN 4975 10x10x100 plaquita E8 DIN 4950

P01 16.00 0.20 1.00 0.20 280.16 2 0.684 6.840 300 1.232 0.010 0.100

1 Desbaste

TornoDIN 4971 derecha

12x12x125 plaquita A12 DIN 4950 P10

25.00 0.40 2.00 0.80 140.05 1 0.564 5.640 300 3.520 0.024 0.240

2 Acabado

TornoDIN 4975 10x10x100 plaquita E8 DIN 4950

P0125.00 0.30 1.00 0.30 176.47 1 0.677 6.768 300 1.610 0.013 0.130

1 Torno Broca 10 N DIN 345 SS 41.00 0.15 5.00 0.76 560.42 1 0.576 5.760 300 0.600 0.004 0.0402 Torno Broca 23 N DIN 345 SS 41.00 0.40 12.50 5.00 222.35 1 0.553 5.530 300 3.440 0.023 0.230

5 Cilindrado interior

TornoDIN 4974 10x10x100 con plaquita A8 DIN

4950 P01 41.00 0.05 1.00 0.05 1121.05 0.880 8.800 300 0.420 0.005 0.045

6 ranurado MortajadoraPHZ-1512-10 con plaquita 1006-80 8.00 1.00 2.00 2.00 1 6.000 60.000 300 3.300 0.242 2.420

7 dentadoCreadora de engranajes

Rueda cortante para creadora Fellows 31.00 0.18 2.18 22.140 221.400 300 2.800 0.760 7.600

Total 38.050 380.498 1.269 12.685

4 perforado

Parámetros de trabajo

Suboper Operación

2 cilindrado cubo

3 cilindrado corona

Maquina herramienta

Herramienta

Tabla1: parámetros de trabajo

concepto Hs. Anuales

Jornal Basico 52.88 $/hr

Aportes jubilatorios

INSSJPasignaciones

familiaresobra social FNE ART presentismo antigüedad

adicional por titulo

SACincremento

SACTotal

% de incidencia 10.17 1.5 4.44 5.4 0.89 5.86 0.8 4 3 8.33 14hs laborales 1736 91799.68 9336.02746 1377 4075.905792 4957.1827 817.0172 5379.461 734.39744 3671.9872 2753.9904 7646.913 1070.56787 133620.13lic ordin 112 5922.56 602.324352 88.8384 262.961664 319.81824 52.71078 347.062 47.38048 236.9024 177.6768 493.3492 69.0688947 8620.6533lic enferm 72 3807.36 387.208512 57.1104 169.046784 205.59744 33.8855 223.1113 30.45888 152.2944 114.2208 317.1531 44.4014323 5541.8485lic especiales 32 1692.16 172.092672 25.3824 75.131904 91.37664 15.06022 99.16058 13.53728 67.6864 50.7648 140.9569 19.7339699 2463.0438feriados pagos 136 7191.68 731.393856 107.875 319.310592 388.35072 64.00595 421.4324 57.53344 287.6672 215.7504 599.0669 83.8693722 10467.936Total 110413.44 11229.0468 1656.2 4902.356736 5962.3258 982.6796 6470.228 883.30752 4416.5376 3312.4032 9197.44 1287.64154 160713.61

250010002000

166213.61

95.745166

CMOD total

costo neto MOD $/hr

indumentariacapacitaciongratificacion extraordinaria

Tabla2: matriz mano de obra productiva

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Documents

Fabricacion de engranaje helicoidal- PAEZ