Unidad Tematica III Version 14

UNIDAD 3. Piezas de lmina, piezas soldadas y marcos estructurales.

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UNIDAD TEMATICA 3. Piezas de lmina, piezas soldadas y marcos estructurales. Objetivo parcial: Usar las herramientas de dibujo del paquete CAD para el diseo de piezas de lmina, piezas soldadas y estructuras. Propsito: Conocer los procedimientos de diseo para piezas de lmina en el programa CAD y las principales operaciones disponibles para la creacin de chapa metlica y piezas soldadas. Contenido temtico: 3.1 Piezas de lmina

3.1.1 Mtodos de diseo de piezas de lmina 3.1.2 Operaciones de lmina

3.2 Marcos estructurales 3.2.1 Creacin de marcos estructurales 3.2.2 Elementos de estructuras 3.2.3 Creacin de perfiles

3.3 Piezas soldadas 3.3.1 Cordones de soldadura

3.1 Piezas de lmina El software CAD permite disear piezas de lmina de diferentes formas. Se puede partir de un slido y convertirlo posteriormente en lmina o disear directamente la pieza en lmina. Se dispone para ello de ms de 20 herramientas automticas que permiten crear modelos en lmina metlica. Adems se puede visualizar el modelo diseado directamente en 3D. Uno de los principales retos al disear modelos en lmina es obtener su croquis en 2D indispensable para aplicar las herramientas y desarrollar el modelo en 3D.

Figura 3.1 Pieza de Lmina

3.1.1Mtodos de diseo de piezas de lmina. Bsicamente, se pueden disear piezas de chapa metlica de dos modos:

1. Modelando la pieza como chapa metlica desde el principio, empezando por la primera operacin: la operacin de brida base. Este mtodo aprovecha todas las funciones y herramientas, comandos y opciones especializadas de la aplicacin de chapa metlica. Es el mejor mtodo para la mayora de las piezas.


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Figura 3.2 Herramientas para crear chapa metlica.

2. Transformando una pieza fabricada de una manera convencional en una pieza de

chapa metlica para poderla aplanar y poder aplicarle las operaciones especficas para chapa metlica. Un ejemplo tpico en el que conviene emplear este mtodo es la conversin de una pieza importada de otro programa CAD, en una pieza de chapa metlica.

En general se pueden emplear distintas estrategias de diseo para obtener modelos de chapa metlica en 3D. Se puede crear chapa metlica partiendo de una operacin de extrusin de lmina. La operacin base lmina pertenece a la operacin extrusin/saliente de las operaciones de slido y puede usarse cuando se dibuje un croquis abierto o perfil de chapa.1

Figura 3.3 Creacin de chapa metlica a partir de un croquis abierto.

Opcionalmente se puede utilizar con sta estrategia el Redondeo automtico de esquinas, desde el manejador de propiedades de la operacin de slido. Esta opcin de

1 . Captulo 11 El gran libro de solidworks, de Sergio Gmez.


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la operacin extrusin base lmina genera un redondeo en cada una de las aristas en ngulo del croquis abierto, en el ejemplo de la Figura 3.3 son de 3mm.

Para agregar paredes en una cara del modelo de chapa metlica principal se debe croquizar el perfil de la misma y extruir la lmina de la misma forma que se ha indicado en la Figura 3.3, indicando la direccin y el espesor de la lmina. Cada una de las paredes debe ser creada a partir de una lnea de croquis en la cara deseada. Se debe asegurar que el espesor de la extrusin lmina creada se encuentra sobre la base del modelo principal y fusionar el material.

Figura 3.4 Creacin de chapa metlica a partir de un segundo croquis abierto.

3.1.2 Operaciones de lmina La operacin Brida base/pestaa es una de las primeras operaciones que se puede utilizar para crear una pieza de chapa metlica directamente ver Figura 3.2. Consiste en crear el modelo de chapa partiendo de un croquis abierto, cerrado, o mltiples croquis encerrados y dar un espesor y un radio de pliegue de la misma forma que se ha realizado en la extrusin de lmina de la seccin anterior. La diferencia con respecto a lo anterior es que se generan los pliegues de forma automtica en las zonas requeridas y aade automticamente la posibilidad de otras operaciones especficas en el gestor de diseo (por ejemplo aadir pestaas o bridas en una arista o recortar pliegues). A continuacin explicaremos las ms usadas:

Caras a inglete: Esta operacin permite aadir caras a una o ms aristas mediante el croquizado de su perfil en un plano perpendicular a la primera de las aristas. El croquis que define la cara a inglete puede estar formado por lneas y/o arcos y adopta el espesor de la pieza de chapa metlica base.

Dobladillo. Esta operacin permite insertar un dobladillo (cerrado abierto) en una arista lineal o sobre aristas mltiples de una misma cara seleccionada.

Pliegue croquizado. Esta operacin permite crear pliegues en un modelo de chapa metlica por el croquizado de lneas de plegado en el estado desdoblado (aplanado). Las lneas de pliegue croquizadas se deben realizar con una o ms


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lneas de croquis simultneas y pueden coincidir con el ancho de la cara a doblar, ser mayores o menores que stas.

Figura 3.5 Ejemplos de diferentes operaciones de Lmina en el programa CAD.

Para ejemplificar las operaciones comentadas, vamos a realizar un ejemplo de la bibliografa2 . Actividad 3.1 Diseo de una Pieza de lmina Figura 3.6. Objetivo: Conocer y aplicar los procesos asociados en un programa CAD para disear objetos 3D en lmina. Referencia para la prctica pgina 487, captulo 11 Chapa metlica, de .

Figura 3.6 Diseo de una Pieza de lmina.

Desarrollo de la Actividad 3.1:

1. Cree un archivo tipo pieza nuevo. 2. Seleccione el plano de trabajo Alzado desde el diagrama tipo rbol en el gestor

de diseo y active la opcin normal a, desde el men contextual del botn derecho del ratn.

3. Croquise un perfil abierto, para ser utilizado por la operacin brida base del modelo de chapa metlica desde el men principal insertar y segn las medidas indicadas en la Figura 3.7. Use simetra para facilitar la operacin.

Figura 3.7 Croquis abierto para la operacin base brida.

2 EL gran Libro de Solidworks, de Sergio Gomz, Ed. Alfaomega.


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4. Active la operacin brida base desde la barra de herramientas de chapa metlica. Configure el manejador de propiedades para obtener una profundidad de 150mm, un espesor de 3mm y el radio de pliegue 3mm.

Figura 3.8 Parmetros de la operacin base brida..

5. Active desdoblar desde la barra de herramientas de chapa metlica y seleccione

con el ratn la cara fija y la opcin de incluir todos los pliegues (note que la cara seleccionada cambia de color). Una vez desdoblado croquise un crculo de 30mm de radio en el punto medio del pliegue, centrado y definido con la ayuda de una lnea constructiva y cota inteligente como se muestra en la Figura 3.10. Corte el croquis circular realizado en la chapa con extrusin/corte y active doblar para volver al estado 3D. Observe como el corte efectuado se adapta al pliegue cortado.

Figura 3.9 Operacin chapa metlica desdoblar.


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Figura 3.10 Croquis para recortar un circulo en la pieza de lmina y resultado final.

6. Croquise la forma interior de la chapa con las medidas indicadas en la Figura

3.11 y realice otra extrusin/corte.

Figura 3.11 Croquis 2 para recortar en la pieza de lmina.

Figura 3.12 Resultado final del paso 6


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7. Croquise una lnea como se muestra en la Figura 3.13, para posteriormente aplicar la operacin doble pliegue y pulse reconstruir. (debe estar terminado el croquis lnea usado como gua para l dobles y poder acceder a la operacin doble pliegue).

Figura 3.13 Operacin doble pliegue.

8. Active la operacin doble pliegue de la barra de herramientas de chapa

metlica. Seleccione la cara base como cara fija, una cota total con equidistancia de 10mm y fije la longitud proyectada. Seleccione pliegue exterior para definir la posicin del doble pliegue e indique un ngulo de 90.

Figura 3.14 Parmteros de la operacin doble pliegue.

Figura 3.15 Resultado final del paso 8.


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9. Active dobladillo desde la barra de herramientas de chapa metlica y seleccione la arista superior derecha del modelo (note como aparece una vista previa de la operacin Figura 3.16). Seleccione material interior, dobladillo abierto de longitud 10mm y distancia de separacin 10mm en el manejador de propiedades.

Figura 3.16 Operacin dobladillo.

10. Active brida de arista desde la barra de herramientas de chapa metlica y

seleccione la arista de lado izquierdo ver Figura 3.17. Seleccione radio predeterminado 3mm y distancia de separacin 1mm. Con ngulo 90. Longitud de brida 40mm e interseccin virtual externa en el manejador de propiedades. (ver Figura 3.17). Si as lo desea puede experimentar con otros valores para una mejor comprensin de las funciones de cada uno de los parmetros.

11. Seleccione material exterior en la posicin de la brida y fibra neutra factor-k. posteriormente repita la operacin con la arista opuesta. (Tambin se puede realizar en un solo paso si se prefiere).

Figura 3.17 Operacin Brida arista.


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12. Dibuje un croquis en el punto medio de la cara izquierda del modelo como se muestra en la Figura 3.18. (debe ser un croquis cerrado). La pestaa dibujada toma el espesor de la chapa base al realizar una base brida.

Figura 3.18 Croquis para la operacin pestaa.

Figura 3.19 Operacin brida de arista para crear una pestaa.

13. Active brida de arista desde la barra de herramientas de chapa y seleccione la

arista del ala horizontal como se ve en la Figura 3.20. Seleccione radio determinado 3mm y distancia de separacin 3mm. ngulo 90. Longitud de brida 100mm e interseccin virtual interna. Seleccione material exterior en la posicin de la brida y fibra neutra factor-k.

Figura 3.20 Operacin brida de arista paso 13.


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14. Croquise la forma a cortar indicada en la Figura 3.21, sobre la cara de la brida de arista creada (se recomienda usar la operacin matriz para repetirla 5 veces). Active extrusin corte para eliminar el material indicado.

Figura 3.21 croquis para el recorte.

Figura 3.22 Operacin recorte guiada por el croquis del paso 14

15. Croquice una lnea recta como se muestra en la Figura 3.23, en la cara de la

lmina creada, con el fin de posteriormente aplicar una operacin de pliegue croquizado.

Figura 3,23 Croquis para un dobles en la brida creada.


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16. Seleccione la operacin de pliegue croquisado de las herramientas de chapa y la cara correspondiente (ver Figura 3.24), para doblar el material a lo largo de la lnea indicada seleccione la opcin radio predeterminado.

Figura 3.24 Parmetros de la operacin pliegue.

17. Active desdoblar todas las caras de las herramientas de chapa, para visualizar el

modelo aplanado y ver las lneas de pliegue creadas. Este diseo es realmente como se debe fabricar esta pieza en una prensa hidrulica de corte de lmina.

Figura 3.25 Pieza de lmina terminada.

18. Adicional: Para realizar una cara a inglete es necesario tener un croquis cerrado

o abierto en un plano perpendicular a la arista donde se desea aplicar, esta operacin se facilita con el siguiente procedimiento: se elige la arista donde se desea aplicar la operacin, haciendo un clic sobre ella como lo indica la Figura 3.26, y se inserta un croquis desde el men contextual insertar, e inmediatamente se termina el croquis desde el icono correspondiente en el espacio de trabajo, sin realizar ninguna entidad de dibujo, observe que se ha creado un plano perpendicular a la arista necesario para poder dibujar el croquis que guiara a la


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operacin cara a inglete. En nuestro caso una lnea con las dimensiones mostradas en la Figura 3.26.

Figura 3.26 Operacin cara a Inglete.

19. Realizamos la lnea con las dimensiones mostradas y activamos la operacin

cara a inglete con los parmetros mostrados en la Figura 3.27.

Figura 3.27 Operacin cara a inglete terminada.

3.2 Marcos estructurales Un marco estructural es un objeto formado por varias piezas unidas por soldadura. Aunque en realidad es un ensamblaje, hay quien prefiere representarla como una sola pieza. La operacin especial Pieza soldada identifica una pieza multi-cuerpo como una pieza unida por soldadura. De este modo, se consigue que el entorno de pieza soldada permita acceder a una amplia variedad de herramientas y funciones especializadas del programa CAD. Entre otras cosas se puede:

Insertar miembros estructurales, cartelas, tapas en extremos y cordones de soldadura de redondeo.

Usar una herramienta especial para recortar o extender miembros estructurales. Administrar listas de cortes y crear estas listas en dibujos.


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Figura 3.28 Piezas a base de Marcos estructurales.

Los comandos especializados de pieza soldada se encuentran en la barra de herramientas Piezas soldadas, del men principal insertar. El software CAD permite disear entidades estructurales a partir de un croquis y diferentes perfiles normalizados (canal C, hierro regular, tubera, tubo cuadrado, viga, etc.). En las estructuras creadas puede definirse el tratamiento de sus esquinas como incluir cartelas triangulares, elementos de refuerzo, y tapar los extremos. Adems se incluye la funcin de cordones de soldadura con la que se pueden crear cordones de soldadura en la unin de los diferentes miembros estructurales. 3.2.1 Creacin de marcos estructurales. El proceso de diseo de una estructura metlica se inicia con el croquizado en 2D del contorno de la misma y el empleo posterior de la herramienta Miembro estructural. Esta herramienta utiliza perfiles normalizados. La seleccin de un perfil normalizado y del croquis que define su recorrido permite realizar, de forma automtica, un barrido del miembro estructural. La creacin de una estructura, activa las herramientas de soldadura automticamente, creando una pestaa de operacin de pieza soldada en el gestor de diseo a un lado de croquis y operaciones de slido. Para crear un miembro estructural las etapas que se deben seguir necesariamente son:

1. Cree un croquis 2D en un plano, indicando el recorrido de la seccin normalizada del perfil. Al terminar el croquis pulse reconstruir.

2. Activar miembro estructural desde la barra de herramientas piezas soldadas. 3. Seleccione el croquis y configure las caractersticas de su perfil, (norma a

utilizar), Tipo (seleccionar forma del perfil), tamao, Segmentos del trayecto (croquis o trayecto a barrer con la seccin normalizada del perfil).

4. El perfil seleccionado ser exclusivo para el croquis seleccionado.

3.2.2 Elementos de estructuras Los miembros estructurales creados pueden recortarse o alargase para que se adapten correctamente a la estructura proyectada. La herramienta recortar y extender puede aplicarse a la esquina de interseccin de dos miembros estructurales o a la interseccin de uno o ms miembros estructurales y un slido. Entre las herramientas ms comunes usadas al crear marcos estructurales estn:


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Tipo de esquina. Define el tipo de esquina a obtener en la operacin (extremos recortados, a inglete, a tope1 o a tope 2.

Agregar Cartelas. Las cartelas son perfiles triangulares utilizados para reforzar dos miembros estructurales.

Tapas en extremos. La herramienta tapas en extremos permite cerrar los perfiles o miembros estructurales con una tapa.

3.3 Piezas soldadas La herramienta Cordn de soldadura de redondeo. Permite insertar cordones de soldadura de redondeo del tipo continuo, intermitente o alternado a dos lados entre las entidades intersectantes de una unin, miembros estructurales, cartelas o soldadura de chapas. Para conocer ms sobre procesos de soldadura leer.3 Para ejemplificar las operaciones comentadas, vamos a realizar un ejemplo de la bibliografa4 . Actividad 3.2 Diseo de un Marco estructural Figura 3.29. Objetivo: Aplicar las operaciones de Miembro estructural y soldadura en el diseo de una estructura metlica.

Figura 3.29 Marco estructural

1. Cree un nuevo archivo en el mdulo pieza, y ajuste las unidades del espacio de

trabajo para centmetros. (vamos a utilizar centmetros ya que normalmente los marcos extruxturales son de dimensiones grandes).

2. Seleccione el plano de trabajo vista lateral del diagrama de tipo rbol en el gestor de diseo; Enseguida croquice el contorno de un lado de la pieza segn las medidas indicadas en la Figura 3.30. Termine el croquis con la operacin de reconstruir. Importante terminar el croquis y cerrarlo para seguir con el siguiente paso.

3 Captulo 16 dibujos de soldadura Dibujo y Diseo en Ingeniera de Cecil Jensen. 4 EL gran Libro de Solidworks, de Sergio Gomz, Ed. Alfaomega.


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Figura 3.30 Croquis para comenzar con el Diseo de un marco estructural.

3. Seleccione la herramienta miembro estructural desde la barra de herramientas

piezas soldadas y seleccione las lneas que conforman los segmentos del trayecto. (parte externa de croquis1). A continuacin indique iso, tubo cuadrado de tamao 40x40x4 y defina los extremos a inglete.

Figura 3.31 Parmetros de la Operacin Miembro estructural..

4. Seleccione la operacin miembro estructural y repita el proceso anterior para

el segmento intermedio pero con un perfil de tubo cuadrado iso de tamao 30x30x2.6.

Figura 3.32 Parmetros de la operacin miembro estructural 2.


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5. Para definir el tipo de interseccin active la herramienta Recortar/extender

desde el men insertar/piezas soldadas, seleccione el miembro estructural2 como slido a recortar y el miembro estructural1 como lmite de recorte.

Figura 3.33 Parmetros de la operacin recortar/extender.

6. Para insertar los cordones de soldadura, pulse cordn de redondeo desde la

barra de herramientas, seleccione con el ratn el conjunto de caras1 y el conjunto de caras2 que compartan las aristas donde se desee ubicar el cordn de soldadura. Ver Figura 3.34. El cuadro aristas virtuales contiene el nombre de las aristas creadas por la interseccin de los conjuntos de caras seleccionados. Defina un cordn del tipo longitud completa y tamao 5mm. Active propagacin tangente para propagar la creacin del cordn entre las caras tangentes seleccionadas. Repita la operacin en el extremo opuesto del miembro estructural.

Figura 3.34 Operacin Cordn de soldadura..


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7. Repita el proceso para un plano equidistante 100cm, creado a partir del plano vista lateral, use matriz de slido para terminar rpidamente. (se necesita croquizar una lnea en el plano alzado para indicar la direccin de la matriz).

Figura 3.35 Operacin Matriz de slido para el marco estructural.

8. Cree un plano paralelo al plano de planta que pase por el punto medio del

miembro estructural2 (a una distancia de 35cm del plano planta).

Figura 3.36 Creacin de un plano paralelo al plano planta.

9. Croquice 2 lneas equidistantes. Y no se olvide de terminar los croquis con la

operacin recontruir (paso necesario para poder activar la siguiente operacin).


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Figura 3.37 Croquis para comenzar con el paso 9.

10. Active miembro estructural desde la barra de herramientas y seleccione tubo

cuadrado de tamao 20x20x2. Recorte los extremos y cree un cordn de soldadura de 3mm de espesor. Como en los pasos 5 y 6 de esta seccin.

Figura 3.38 Operacin miembro estructural del paso 10.

Figura 3.39 Cordon de Soldadura. Paso 10.


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11. Para crear refuerzos mecnicos, pulse Cartela desde la barra de herramientas, seleccionar el perfil triangular y las distancias D1 y D2 de 2.5cm. Espesor 5mm.

Figura 3.40 Operacin cartela.

12. Seleccione cordn de redondeo de longitud completa y tamao 3mm e indique el

conjunto de caras1 y caras2 a uno y otro lado de la cartela.

Figura 3.41 Cordones de soldadura en para la operacin cartela.

13. Repita el proceso de creacin y de soldadura en cada una de las cartelas del

modelo.


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Figura 3.42 Marco estructural terminado.

Finalmente integrar las actividades 3.1 y 3.2 para entregar un nuevo avance de proyecto de la materia en los trminos del documento anexo: proyectoCAD. Hay que recordar que las actividades son necesarias para poder realizar adecuadamente su proyecto y son parte de la evidencia solicitada al igual que las actividades de clase.

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