INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
Unidad Profesional Interdisciplinaria en Ingeniería y Tecnologías Avanzadas
Trabajo Terminal
“Diseño y construcción de un sistema
mecatrónico para el doblado y pegado
de cajas de cartón de diferentes
dimensiones”
Que para obtener el título de
Ingeniero en Mecatrónica
Presentan:
Ulises Abelleyra Martínez Gabriela Berenice Jiménez Martínez
Julio 2012
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
Unidad Profesional Interdisciplinaria en
Ingeniería y Tecnologías Avanzadas
Trabajo Terminal
“Diseño y construcción de un sistema
mecatrónico para el doblado y pegado
de cajas de cartón de diferentes
dimensiones”
Que para obtener el título de
Ingeniero en Mecatrónica
Presentan:
_________________________ ________________________________ Ulises Abelleyra Martínez Gabriela Berenice Jiménez Martínez
Asesores:
_________________________ _________________________________ M. en C. Alfredo Colín Ávila M. en C. Alejandro Escamilla Navarro
Presidente del Jurado: Secretaria:
______________________________ ___________________________ M. en C. Griselda Sánchez Otero M. en C. Cecilia Fernández Nava
Índice UPIITA -IPN
I
ÍNDICE
ÍNDICE ................................................................................................................................................................................ I
AGRADECIMIENTOS .......................................................................................................................................................... III
RESUMEN ...................................................................................................................................................................... VIII
OBJETIVOS ......................................................................................................................................................................... X
OBJETIVO GENERAL .................................................................................................................................................................... X
OBJETIVOS PARTICULARES ............................................................................................................................................................ X
ÍNDICE DE TABLAS ............................................................................................................................................................. 1
ÍNDICE DE FIGURAS............................................................................................................................................................ 2
INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................................................. 4
JUSTIFICACIÓN................................................................................................................................................................... 8
CAPÍTULO I. PANORAMA GENERAL .................................................................................................................................. 10
1.1. ANTECEDENTES ........................................................................................................................................................... 10
1.1.1. Caja de cartón ................................................................................................................................................ 10
1.1.2. Máquinas existentes en el mercado .............................................................................................................. 12
1.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .................................................................................................................................... 17
1.2.1. Descripción del problema .............................................................................................................................. 17
1.2.2. Identificación de las necesidades ................................................................................................................... 18
1.3. PROPUESTA PARA SOLUCIÓN DEL PROBLEMA ..................................................................................................................... 18
CAPÍTULO II. DESARROLLO ............................................................................................................................................... 22
2.1. DISEÑO MECATRÓNICO ................................................................................................................................................. 22
2.2. INGENIERÍA DETALLADA ................................................................................................................................................ 22
2.2.1 DETERMINACIÓN DE LOS MECANISMOS ............................................................................................................................ 23 2.2.1.1. Distribuidor ....................................................................................................................................................................... 24 2.2.1.2. Mecanismo de engomado ................................................................................................................................................. 27 2.2.1.3. Mecanismo de doblado ..................................................................................................................................................... 29 2.2.1.4. Mecanismo transportación ............................................................................................................................................... 31 2.2.1.5. Mecanismo de sujeción ..................................................................................................................................................... 35 2.2.1.6. Contador ........................................................................................................................................................................... 37 2.2.1.7. Mecanismo de separación de cajas dobladas ................................................................................................................... 38 2.2.1.8. Mecanismo de fijado de pegamento ................................................................................................................................. 39
CAPÍTULO III. VALIDACIÓN DEL SISTEMA ......................................................................................................................... 45
3.1 PRUEBAS DEL DISTRIBUIDOR .................................................................................................................................................. 45
3.2 PRUEBAS DEL MECANISMO DE TRANSPORTACIÓN ...................................................................................................................... 46
3.3 PRUEBAS DEL MECANISMO DE ENGOMADO .............................................................................................................................. 47
3.1 PRUEBAS DEL MECANISMO DE SUJECIÓN PARA DOBLAR LAS LÁMINAS DE CARTÓN Y PRUEBAS DEL MECANISMO DE DOBLADO .................... 48
Índice UPIITA -IPN
II
3.2 PRUEBAS DEL CONTADOR ..................................................................................................................................................... 50
3.3 PRUEBAS DEL MECANISMO DE SEPARACIÓN DE CAJAS DOBLADAS .................................................................................................. 51
3.4 PRUEBAS DEL MECANISMO DE FIJADO DE PEGAMENTO ............................................................................................................... 52
CAPÍTULO IV. CONCLUSIONES .......................................................................................................................................... 54
BIBLIOGRAFIA .................................................................................................................................................................. 56
ANEXO A. PROCESO ACTUAL DE DOBLADO Y PEGADO LINEAL DE CAJAS DE CARTÓN ...................................................... 59
ANEXO B. DIAGRAMAS DE CONTROL Y POTENCIA ........................................................................................................... 63
ANEXO C. MANUAL DE INSTRUCCIONES Y OPERACIONES DEL SISTEMA MECATRÓNICO PARA EL DOBLADO Y PEGADO DE
CAJAS DE CARTÓN DE DIFERENTES DIMENSIONES. .......................................................................................................... 66
ANEXO D. PLANOS DEL SISTEMA MECATRÓNICO PARA EL DOBLADO Y PEGADO DE CAJAS DE CARTÓN DE DIFERENTES
DIMENSIONES.................................................................................................................................................................. 92
Agradecimientos UPIITA-IPN
III
AGRADECIMIENTOS
Al PUEBLO DE MÉXICO
Gracias.
AL INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL Y A LA UPIITA
Por darme la oportunidad de forjar mi vida profesional en sus aulas, donde literalmente me
robaron el alma.
A MIS ABUELOS
REYNALDO JIMÉNEZ y CELERINA LUNA, por su experiencia de vida, sabiduría y consejos, por
el soporte brindado para lograr concluir esta etapa de mi vida. Por seguir ahí, guiándome a cada
momento. Esto se los debo a ustedes.
A MIS PADRES
ELBA YÁSCARA JIMÉNEZ y JOSÉ LUIS JIMÉNEZ porque son y serán el pilar esencial en mi
vida, porque a pesar de todo, han sido ese apoyo incondicional durante mi educación personal y
profesional. Por sus consejos, por ser parte de mis tristezas, alegrías y cuantas emociones
fluyeron a lo largo de esta etapa de mi vida, por todo su amor, por sus preocupaciones al querer
que sea mejor día con día, gracias por darme sus vidas en cada paso, en cada pensamiento, en
cada acción.
A MIS HERMANAS
ANA JIMÉNEZ y YACIRA JIMÉNEZ, por el aliento que me dieron para continuar día tras día y no
dejarme desistir en este proyecto, ni en mi vida. Por ese gran apoyo que me brindan, por su
cariño y por existir en mi vida, saben que las amo.
ULISES ABELLEYRA MARTÍNEZ
Por tu cariño, paciencia, consejos, conocimientos, tolerancia, comprensión, por el gran apoyo
que fuiste en mi vida, por tu capacidad de contenerme cuando la situación se complicaba, pero
sobre todo, por creer en mí. Gracias por haber compartido conmigo esta hermosa etapa de
nuestras vidas. Siempre estarás en mi corazón.
Agradecimientos UPIITA-IPN
IV
A MI FAMILIA
Por su apoyo y cariño brindado a lo largo de este trayecto de mi vida, por sus consejos, sus
atenciones, su espacio, su tiempo, por cada pequeño esfuerzo que también pusieron para que
logrará concluir esta etapa de mi vida.
A MIS AMIGOS
Por compartir conmigo una maravillosa etapa de mi vida, por hacer de cada día algo especial en
ese lugar, por su apoyo constante e incondicional, por estar conmigo para no desistir nunca, por
seguir siendo parte de mi vida. Un amigo no sólo queda en tu corazón, si no que jamás sale de
él.
A todas aquellas personas que no recordé al momento de escribir esto.
Ustedes saben quiénes son.
Sinceramente,
Gabriela Berenice Jiménez Martínez
Agradecimientos UPIITA-IPN
V
AL INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL Y A LA UPIITA
Por darme la oportunidad de poder aprender nuevas cosas y tener oportunidades únicas, las
cuales me forjaron como persona y me dieron la oportunidad de dar este gran paso.
A MIS ABUELOS
MARÍA LUISA FIGUEROA y MANUEL ARELLANO, por su experiencia de vida, sabiduría y
consejos, por todo el apoyo durante este tiempo, sus cuidados y su dedicación me forjaron como
persona, mostrándome que pese las cosas más difíciles siempre hay un mañana.
A MIS PADRES
MARCOS ABELLEYRA y FELISA MARTÍNEZ porque siempre se mantuvieron de pie, siempre
lucharon por mí y dieron lo mejor día a día, por sus enseñanzas diarias, por mostrarme que
siempre puedo sacar lo mejor de cualquier circunstancia sin importar lo difícil que sea, por el
gran amor que me otorgaron y sus oraciones diarias.
A MIS HERMANOS
FRANCISCO MANZANARES e IVET FLORES, por todo ese apoyo diario, sus risas y su
compañía, gracias por estar conmigo en todo momento por más difícil que este fuera.
GABRIELA BERENICE JIMÉNEZ MARTÍNEZ
Por tu furia, tu risa, tu llanto, tu alegría y tus ganas de seguir adelante, me alivias mi día
en cada momento y me das la oportunidad de ser una mejor persona, por todo el amor y
apoyo brindado eres mi alma y mi ser, te amo.
Ulises Abelleyra Martínez
Agradecimientos UPIITA-IPN
VI
A NUESTROS PROFESORES
M. EN C. JOSÉ ALFREDO COLÍN ÁVILA por su dedicación constante en el desarrollo de éste
proyecto, por sus oportunas correcciones, paciencia y consejos brindados a lo largo del
desarrollo de este trabajo terminal.
M. en C. ALEJANDRO ESCAMILLA NAVARRO por el apoyo y los conocimientos que nos
proporcionó para llevar a cabo este proyecto.
M. en C. CECILIA FERNÁNDEZ NAVA por sus atinadas correcciones y consejos brindados
durante el desarrollo del proyecto.
M. en C. GRISELDA SÁNCHEZ OTERO por sus consejos, ayuda y soporte constante durante el
desarrollo de este proyecto.
M. en C. FERNANDO VALLEJO AGUIRRE por todo el apoyo incondicional que nos proporcionó
a lo largo de esta etapa de nuestra vida, por su tiempo y dedicación, pero sobre todo por todos
esos consejos, asesorías y ayuda que prevaleció durante nuestra trayectoria profesional.
M. en C. JULIO CÉSAR FLORES URBINA por sus consejos, asesorías, apoyo constante, por su
gran amistad, por estar en esos momentos difíciles para guiar nuestro camino.
M. en C. FARIDE ADRIANA CHAVEZ ESPINOZA por todo el apoyo, consejos, conocimiento
brindado durante nuestra trayectoria profesional dando pauta, a enriquecer nuestro desarrollo
personal.
M. en C. JOSÉ ANTONIO GALVÁN PASTRANA por el apoyo, consejos y ese optimismo
transmitido a lo largo de la estancia en la UPIITA.
DR. PABLO MENDOZA ITURRALDE gracias por esos consejos, por las asesorías y por hacer
tan amena la estancia en la unidad.
Agradecimientos UPIITA-IPN
VII
A todos aquellos profesores que durante el trayecto de nuestros estudios nos brindaron,
aportaron y dejaron sus conocimientos y experiencias. Gracias.
AL ING. JAVIER MANZANARES MARTÍNEZ
Por su colaboración, apoyo y conocimientos otorgados para llevar a cabo este trabajo terminal
realizado, sin su participación no hubiera sido posible su desarrollo.
Con aprecio,
Ulises Abelleyra Martínez y Gabriela Berenice Jiménez Martínez.
Resumen UPIITA -IPN
VIII
RESUMEN
Las cajas de cartón hoy en día son utilizadas para la contención de una gran variedad de
productos en diferentes industrias, la función principal de las cajas de cartón es facilitar
la transportación del producto, siendo un envase de uso fácil ya que con frecuencia el
usuario debe abrirlo y cerrarlo constantemente.
Existen diversos tipos de cajas de cartón de múltiples tamaños, formas, tipo de cartón
(caple y cartulina SBS) así como acabados (laminado plástico, barniz UV, etc.) que
algunas cajas requieren ya sea para la presentación de ésta, o porque lo demanda el
producto.
El presente trabajo, trata sobre el diseño y construcción de un sistema mecatrónico para
el doblado y pegado lineal de cajas de cartón de diferentes dimensiones, él cuál consiste
en unir la caja de cartón previamente suajada y desbarbada mediante dos dobleces, para
su posterior armado, éste formará parte de una línea de producción.
Es importante mencionar que este sistema está proyectado para una producción por
lotes, es automático, sin embargo, el usuario deberá intervenir para algunos ajustes
como son: las dimensiones de la lámina de cartón, así como la capacidad que se
requiere de producción.
Se muestra y describe brevemente el método y el proceso realizado para el desarrollo
del sistema de doblado y pegado de cajas de cartón y finalmente se exponen las
conclusiones y los resultados obtenidos.
Palabras clave: sistema, mecatrónico, doblado, pegado, cajas, cartón, producción,
lineal.
Abstract UPIITA-IPN
IX
ABSTRACT The cardboard boxes nowadays are used for the containment of a variety of products in
different industries, the main function of the cardboard boxes is to facilitate the
transportation of the product, this must being a user-friendly packaging due to the user
sometimes needs to open and close the container constantly.
There are several types of boxes of multiple sizes, shapes, types of cardboard (Caple
and SBS) and finishes (plastic laminate, UV varnish) that some cases require either for
presenting it, or for the product demand.
This paper discusses the design and construction of a mechatronic system for fold and
glue lineal cardboard boxes of different sizes, this system is part of a production line.
It is noteworthy that this system is designed for batch production, is automatic, however,
the user must intervene for some adjustments as: the dimensions of the box, as well as
the required production capacity.
It lists and describes briefly the method and the process carried out for completing the
system of folding and gluing cardboard boxes and finally presents the conclusions and
results.
Keywords: system, mechatronics, fold, glue, boxes, cardboard, production, lineal.
Objetivos UPIITA -IPN
X
OBJETIVOS
Objetivo General
Diseñar y construir una máquina automatizada para el pre-armado de cajas de cartón de
diferentes dimensiones para empacado de producto terminado.
Objetivos Particulares
Diseñar y construir un mecanismo para la contención de las láminas de cartón
suajadas y limpiadas de diferentes dimensiones.
Diseñar y construir el mecanismo de engomado.
Diseñar y construir el mecanismo para el primer y segundo doblez de las láminas.
Diseñar y construir el mecanismo para fijar el pegamento.
Diseñar y construir el sistema para el conteo y separación de cajas.
Índice de tablas UPIITA-IPN
1
ÍNDICE DE TABLAS
TABLA 1. CARACTERÍSTICAS DE LA MÁQUINA DIANA 135 .......................................................................................... 14
TABLA 2. CARACTERÍSTICA DE LA MÁQUINA 58 III. .................................................................................................... 15
TABLA 3. CARACTERÍSTICA DE LA MÁQUINA VICART 620 .......................................................................................... 16
TABLA 4. COMPARACIÓN DE LAS MÁQUINAS DIANA 135, 58 III, VICART 620 Y MDPCC ............................................. 16
Índice de figuras UPIITA -IPN
2
ÍNDICE DE FIGURAS
FIGURA 1. DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO DE PEGADO Y DOBLADO MANUAL DE CAJAS DE CARTÓN. ....................... 6
FIGURA 2. MEDIDAS DE LA CAJA DE CARTÓN. ................................................................................................................. 11
FIGURA 3. MÁQUINA DOBLADORA Y PEGADORA DIANA 135. ......................................................................................... 13
FIGURA 4. ESQUEMA DE UNA CAJA DE CARTÓN. ............................................................................................................. 14
FIGURA 5. MÁQUINA DOBLADORA Y PEGADORA 58 III. .................................................................................................. 15
FIGURA 6. MÁQUINA DOBLADORA Y PEGADORA VICART 620. ........................................................................................ 15
FIGURA 7. ETAPAS DEL PROCESO DE ARMADO DE CAJAS. ............................................................................................... 18
FIGURA 8. ESQUEMA DE DOBLEZ. .................................................................................................................................... 20
FIGURA 9. DISTRIBUIDOR ................................................................................................................................................ 25
FIGURA 10. MECANISMO DE ENGOMADO ....................................................................................................................... 27
FIGURA 11. MECANISMO DE DOBLADO ........................................................................................................................... 30
FIGURA 12. AJUSTE DE DOBLADOR .................................................................................................................................. 31
FIGURA 13. MECANISMO DE TRANSPORTACIÓN ............................................................................................................. 32
FIGURA 14. MECANISMO DE DOBLADO COLOCADO EN EL MECANISMO DE TRANSPORTACIÓN ...................................... 35
FIGURA 15. MECANISMO DE SUJECIÓN PARA DOBLAR LAS LÁMINAS DE CARTÓN .......................................................... 36
FIGURA 16. CONTADOR Y SENSOR ................................................................................................................................... 38
FIGURA 17. ACTUADOR UNIVERSAL ................................................................................................................................. 38
FIGURA 18. MECANISMO DE FIJADO DE PEGAMENTO ..................................................................................................... 41
FIGURA 19. GABINETE...................................................................................................................................................... 42
FIGURA 20. COLOCACIÓN DE LAS LÁMINAS DE CARTÓN Y AJUSTE DE SEGUROS .............................................................. 45
FIGURA 21. DISTRIBUCIÓN DE UNA POR UNA, SEPARACIÓN ENTRE LÁMINAS DE CARTÓN Y TRAYECTORIA LINEAL
CONSTANTE ..................................................................................................................................................................... 46
FIGURA 22. COLOCACIÓN DEL MECANISMO DE ENGOMADO. ......................................................................................... 46
FIGURA 23. MECANISMO DE SUJECIÓN COLOCADO EN EL MECANISMO DE TRANSPORTACIÓN. ..................................... 47
FIGURA 24. DISCO DE PRESIÓN Y DE ENGOMADO. .......................................................................................................... 47
FIGURA 25. ALZADORES EN FUNCIONAMIENTO, LÁMINA DE CARTÓN DESDE 0° HASTA 90° ............................................ 48
FIGURA 26. LÁMINA DE CARTÓN A TRAVÉS DE LOS DOBLADORES .................................................................................. 49
FIGURA 27. LÁMINA DE CARTÓN TRASLADADA AL PROCESO FINAL ................................................................................ 49
FIGURA 28. CONTEO DE CAJAS DE CARTÓN ..................................................................................................................... 50
Índice de figuras UPIITA -IPN
3
FIGURA 29. CONTEO DE CAJAS DE CARTÓN POR UNIDAD Y LOTES .................................................................................. 50
FIGURA 30. SEPARACIÓN DE LA CAJA DE CARTÓN PROGRAMADA POR EL USUARIO ....................................................... 51
FIGURA 31. PRENSA, FIJADO DE PEGAMENTO ................................................................................................................. 52
FIGURA A1. PRE-DOBLADO MANUAL DE LÁMINAS DE CARTÓN ....................................................................................... 59
FIGURA A2. ESCALERA DE LÁMINAS DE CARTÓN ............................................................................................................. 59
FIGURA A3. APLICACIÓN DE PEGAMENTO DE LÁMINAS DE CARTÓN ............................................................................... 60
FIGURA A4. DOBLADO Y PEGADO DE LÁMINAS DE CARTÓN ............................................................................................ 60
FIGURA A5. ENFAJILLADO DE CAJAS DE CARTÓN PREVIAMENTE CONTADAS ................................................................... 61
FIGURA B1. DIAGRAMA DE CONTROL .............................................................................................................................. 63
FIGURA B2. DIAGRAMA DE POTENCIA ............................................................................................................................. 64
Introducción UPIITA-IPN
4
INTRODUCCIÓN
La empresa “Acabado de cajas plegadizas MAR”, se dedica al doblado y pegado de
cajas de cartón impresas para empaque de una gran diversidad de productos, tales
como: cosméticos, productos farmacéuticos, refacciones para autos, velas, entre otros.
Este tipo de actividad se encuentra dentro de la industria de las artes gráficas.
El proceso general de fabricación de una caja de cartón se describe a continuación:
Llegada de materia prima. Ésta es recibida en forma de láminas de cartón para ser
almacenada.
Conversión de diseño. Se le da la trasformación necesaria para ser introducida en la
máquina offset.
Corte de cartón. La materia prima es cortada a las dimensiones requeridas, de manera
tal que se reduzca el desperdicio de cartón.
Preparación de máquina offset1. Se le introduce el diseño, así como las tintas que se
requerirán para el mismo.
Impresión. También es conocido como impresión litográfica, consiste en la impresión del
diseño de todo el lote de producción.
Acabados. Se realiza un terminado a la lámina de cartón, es decir, se le dan
características especiales pedidas por el cliente.
Inspección. Se verifica que la impresión y los acabados cumplen con los requerimientos,
mediante una realización visual.
Suajes. El lote de producción es llevado a máquinas suajadoras, las cuales realizan el
suaje a las cajas, este consiste en darle el corte final a la caja, para que se pueda armar,
incluyendo dobleces y cerrado final.
Desbarbe. Se retira el material de sobra de la lámina de cartón, dejando únicamente la
forma final de la caja.
1 Es un sistema de impresión que usa planchas de superficie plana, es el más utilizado por los impresores por la
combinación de buena calidad y economía.
Introducción UPIITA-IPN
5
Pegado y doblado. Existen máquinas dobladoras y pegadoras que realizan el proceso,
una vez concluida ésta operación la caja está terminada.
Inspección. Antes de ser empacado el lote, se verifican parámetros necesarios para
cubrir la calidad de la caja.
Empaque. Son introducidas a un embalaje con el fin de ser transportadas a su destino,
listas para armarse.
Esta empresa, realiza únicamente el proceso de doblado y pegado de cajas de cartón de
manera manual, ya que debido a los costos elevados de las máquinas existentes en el
mercado para realizar esta actividad les resulta imposible adquirir una.
Existen diversos tipos de cajas plegadizas y estás son clasificadas de acuerdo a su tipo
de pegue o cierre, ellas son: tubo, fondo automático, 4 ó 6 esquinas, pegue lineal, etc.
El sistema mecatrónico que se construyó, realiza únicamente el pegado lineal, ya que es
este tipo de caja de cartón del que se requieren grandes lotes de producción
(50,000 – 1,000,000 de unidades) con respecto a los otros tipos de doblado y pegado
mencionados.
Por lo que de aquí en adelante, únicamente se hará mención del doblado y pegado lineal
que realiza la empresa, el diagrama de flujo mostrado en la figura 1 muestra el proceso
de elaboración de este tipo de pegue de manera manual:
Introducción UPIITA-IPN
6
Figura 1. Diagrama de flujo del proceso de pegado y doblado manual de cajas de cartón.
Este proceso, genera a la empresa pérdidas económicas, debido a que tienen que
rechazar grandes lotes de cajas de cartón a fabricar, esto es porque no se cuenta con el
tiempo y el personal suficiente capaz de realizar tal producción. En el ANEXO A, se
muestran fotografías del proceso manual de doblado y pegado lineal de cajas de cartón.
Por lo tanto, esta empresa tiene la necesidad de mejorar sus tiempos y lotes de
producción de pegado lineal, con el fin de obtener un incremento económico, y así poder
disminuir el tiempo de entrega del producto terminado para poder realizar otra clase de
trabajos que le sean requeridos.
Por consiguiente, la realización del sistema mecatrónico atendió a esta necesidad, ya
que esté es capaz de realizar el doblado y pegado de las cajas de cartón de diferentes
Introducción UPIITA-IPN
7
dimensiones en menor tiempo comparado con el que se realizaba de manera manual, fue
costeable para la empresa ya que no se incluyeron gastos de ingeniería y mano de obra,
ésta, sólo cubrió los costos de los materiales implementados, se logró una mejora en la
calidad del doblado y pegado de las cajas de cartón, consiguiendo con esto el
incremento económico deseado.
Ahora bien, en este trabajo se describe el diseño y la construcción del sistema
mecatrónico para el doblado y pegado de cajas de cartón de diferentes dimensiones
distribuido en los siguientes capítulos:
Capítulo primero.- Panorama general sobre las cajas de cartón, explicación breve sobre
las maquinas dobladoras y pegadoras que existen hoy en día en el mercado, descripción
del planteamiento del problema y la solución aplicada.
Capítulo segundo.- Desarrollo llevado a cabo para la construcción final del sistema
mecatrónico.
Capítulo tercero.- Validación del sistema, en donde a través de diversas pruebas se
demuestra el funcionamiento del sistema mecatrónico construido, y las mejoras
requeridas para su funcionamiento.
En el capítulo cuarto.- Se muestran las conclusiones del proyecto realizado, así como
mejoras futuras que este puede presentar para un mejor desempeño.
Justificación UPIITA -IPN
8
JUSTIFICACIÓN
Actualmente, gran parte de las dobladoras y pegadoras de cajas de cartón, presentan
ciertas características como son: grandes dimensiones y alta potencia instalada, con esto
se logra un incremento en el costo de estas máquina; esto afecta a microempresas,
como es el caso de “Acabado de cajas plegadizas MAR”, quien se dedica al doblado y
pegado de cajas de cartón de manera manual como ya se ha mencionado.
Cabe mencionar que hoy en día, el capital económico que posee la empresa no es
suficiente para la adquisición de una máquina de pegado lineal, por lo que se ven
obligados a rechazar grandes lotes de producción (50,000 – 1,000,000 unidades), ya que
el personal con el que cuentan no es capaz de producir este trabajo en el tiempo
establecido por los clientes, por lo que para aumentar la productividad se tiene que
incrementar la cantidad de personal siendo no costeable para la empresa ya que
actualmente se persigue bajar costos de producción y reducir riesgos ergonómicos en los
empleados para garantizar su permanencia y eficiencia en la empresa.
Para lograr la disminución en los costos de producción se observó que la necesidad
principal de la empresa consiste en mejorar su manera de producción del doblado y
pegado de cajas de cartón, por lo que al estudiar las características de algunas de las
máquinas existentes en el mercado, se propuso como respuesta a tal necesidad,
construir un sistema mecatrónico para el doblado y pegado de cajas de cartón de bajo
costo y dimensiones menores en comparación con las máquinas actuales, como trabajo
terminal.
Dicho trabajo terminal pretende que el sistema realice un pegado lineal, con este
sistema, la empresa optimizaría su trabajo y ya no se vería en la necesidad de rechazar
otros lotes de producción, obteniendo una ganancia mayor a la que se tiene actualmente.
CAPITULO I
Panorama General
Capítulo I. Panorama General UPIITA-IPN
10
Capítulo I. PANORAMA GENERAL
1.1. Antecedentes
1.1.1. Caja de cartón2
Se define la palabra caja como aquel recipiente que, cubierto con una tapa suelta o unida
a la parte principal, sirve para guardar o transportar en él algo. La palabra cartón
significa: conjunto de varias hojas superpuestas de pasta de papel que, en estado
húmedo, se adhieren unas a otras por compresión y se secan después por evaporación
Una caja de cartón está compuesta de diversas partes, para fines de este documento
únicamente se hará mención a dos de ellas:
Paredes: Cualquier cara de una caja, excepto la tapa o el fondo.
Rayado: Hendidura, determinada por aplastamiento o por corte intermitente, hecho con
una lámina especial, con o sin corte, para facilitar el doblez uniforme.
Hoy en día, las cajas de cartón se utilizan sobre todo para el empaquetado de
mercancías y materiales, éstas se hacen de panel de fibras de madera acanalada, o de
cartulina, las cuales se pueden reciclar para producir papel.
Existe una gama diversa de cartón en la industria según la aplicación requerida, sin
embargo, para este trabajo únicamente se hará mención del tipo de cartón que doblará el
sistema mecatrónico: cartón caple y cartón sólido blanqueado o cartulinas SBS3, este
último es fabricado con pasta química blanqueada en las capas interiores y capas de
estuco en la cara superior y en el reverso. Se utiliza para envases de la industria
cosmética, farmacéutica, perfumería, entre otros.
2 RAE Diccionario de la Lengua Española, 2012
3 Cartulina Sulfatada SBS, es una cartulina plegadiza compuesta de fibra virgen de gran resistencia, alta blancura y
excelente recubrimiento garantizando una impresión de alta calidad.
Capítulo I. Panorama General UPIITA-IPN
11
Por otra parte, los fabricantes de cartón están prestando atención a los temas
relacionados con la salud, el medio ambiente y la legislación vigente sobre envases y
embalajes desechables. Por este motivo, buscan recursos renovables para elaborar todo
el material demandado.
La cartulina utilizada para la fabricación de envases, se comercializa en dos tipos de
acuerdo a su parte posterior:
Dorso marrón se la denomina dúplex.
Dorso blanco se la denomina triplex.
De acuerdo al tamaño, a la resistencia y prestación del envase, deberá utilizarse
cartulina, más o menos resistente, el valor por el cual se clasifica, es el gramaje, el cual
está dado por cuanto pesa la cartulina en gramos por metro cuadrado (gr/m2), a mayor
gramaje mayor espesor, resistencia, rigidez y cuerpo.
Los gramajes más comunes utilizados en la fabricación de envases van desde los 230
gr/m2 hasta los 400 gr/m2.
Las medidas de las cajas de cartón se expresan en mm. y normalmente el orden para las
mismas es el siguiente: 1. Largo (L), 2. Ancho (W) y 3. Alto (L1) como se ilustra en la
Figura 2.
Figura 2. Medidas de la caja de cartón.
Capítulo I. Panorama General UPIITA-IPN
12
Las cajas cierran en la base y en la parte superior con las “pestañas”. De acuerdo al tipo
de estas “pestañas” pueden ser, cajas con cierre galeno, fondo americano, fondo
automático, pegado lineal, siendo este último el que realiza el sistema mecatrónico.
Las formas, medidas, trazados y pestañas en los envases, se logran mediante un
proceso denominado troquelado, el mismo consiste en colocar la cartulina dentro de una
máquina troqueladora y mediante el uso de una matriz o troquel, el cual tiene flejes 4 de
corte y de trazado a las medidas exactas del futuro envase, se obtiene mediante presión
el envase.
El exterior de los envases, puede ser impreso de uno a cuatro colores y ser tipográfica5,
offset o serigrafía6.
Los envases, luego dé la impresión pueden llevar distintos tipos de laminados a fin de
realzar su terminación, barniz mate o brillante, barniz UV, polietileno, polipropileno,
poliéster.
Por lo que al realizar el pegado en acabados como estos, se requiere que la pestaña en
donde se aplicará el pegamento sea raspada o se evite en ella la colocación de los
acabados, con el fin de no de tener que invertir en un pegamento diferente al que se
utiliza, ya que esto implicaría un aumento en el costo de las cajas de cartón, razón
suficiente para reducir el lote de producción de las cajas.
1.1.2. Máquinas existentes en el mercado
Al realizar la investigación de las máquinas existentes en el mercado, se encontró una
gran variedad de modelos, siendo en su mayoría de importación, por lo que, para fines
4 Refuerzo perpendicular de las barras longitudinales de los elementos de hormigón armado sometidos a compresión.
(RAE Diccionario de la Lengua Española, 2011) 5 Técnica de impresión mediante formas que contienen en relieve los tipos que, una vez entintados, se aplican por presión
sobre el papel. (http://www.wordreference.com 2011) 6 Procedimiento de impresión que consiste en copiar sobre cualquier material el dibujo o imagen grabado en una matriz
de hilos de seda, metal o nylon, tamizando tintas y barnices especiales.
Capítulo I. Panorama General UPIITA-IPN
13
de comparación y decisión de las características de mejora del proyecto a realizar, se
eligieron las más representativas, considerando características como: costo y
dimensiones.
A continuación se muestran las máquinas más representativas del mercado, éstas
servirán de referencia para realizar las comparaciones pertinentes, para la toma de
decisiones del proyecto a diseñar.
Comenzando con una empresa extranjera, Heildergeb quien actualmente es una
empresa líder a nivel mundial en la fabricación de máquinas dobladoras y pegadoras de
cajas de cartón.
Una de las máquinas que fabrica es la DIANA 135 la cual se muestra en la Figura 3, esta
máquina cuenta con aditamentos especiales para otras aplicaciones.
Figura 3. Máquina dobladora y pegadora Diana 135.
La Figura 4 muestra el esquema general de una caja de cartón, el cual será utilizado
para la interpretación de las tablas sucesivas.
Capítulo I. Panorama General UPIITA-IPN
14
Figura 4. Esquema de una caja de cartón.
En la Tabla 1 se observan las características técnicas relevantes de la máquina que se
muestra en la Figura 3.
Tabla 1. Características de la máquina Diana 135
Características de máquina Diana 135
Largo 15.9 m Ancho 2.4 m Peso neto 12.120 ton Potencia total instalada 94 Hp Velocidad de la máquina máxima 500 (opc. 650) m/min W 75-1.350 mm Gramaje 250-900 (g/m2)
El costo de la máquina es USD $300,000 más IVA7 (aprox. $4, 651,020.00 M.N con IVA
incluido)8.
En el mercado nacional se encuentra Marvi, empresa dedicada a la producción de
máquinas dobladoras y pegadoras de cajas de cartón.
La Figura 5 muestra la máquina 58 III que es una con las que cuenta esta compañía.
7 El impuesto se calculará aplicando a los valores que señala esta Ley, la tasa del 16%. Párrafo reformado DOF 31-12-1982,
21-11-1991, 27-03-1995, 07-12-2009. (Ley del Impuesto al Valor Agregado). 8 Precio cotizado el 16/10/11, dólar en $13.3650, (Banco de México).
Capítulo I. Panorama General UPIITA-IPN
15
Figura 5. Máquina dobladora y pegadora 58 III.
La Tabla 2 muestra las características de la máquina 58 III:
Tabla 2. Característica de la máquina 58 III.
Características de máquina 58 III
Largo 5.4 m Ancho 1 m Peso neto 2.2 ton Potencia total instalada 4.5 Hp Velocidad de la máquina máxima 200 m/min W 580 mm Gramaje 200-700 (g/m2)
El costo en el mercado de esta máquina es de USD $21,000 más IVA (aprox.
$325,571.40 M.N. con IVA incluido)9.
Otra empresa importante dedicada a la creación de máquinas dobladoras es la compañía
española Vicart, la cual produce el modelo 620 que se muestra en la Figura 6.
Figura 6. Máquina dobladora y pegadora Vicart 620.
9 Precio cotizado el 16/10/11, dólar en $13.3650, (Banco de México).
Capítulo I. Panorama General UPIITA-IPN
16
En la Tabla 3 se muestran las características correspondientes a la máquina que se
muestra en la Figura 6.
Tabla 3. Característica de la máquina Vicart 620
Características de máquina Vicart 620
Largo 8.5 m Ancho 1.5 m Peso neto 2 ton Potencia total instalada 8 Hp Velocidad de la máquina máxima 220 m/min W 620 mm Gramaje 250-600 (g/m2)
Esta máquina tiene un costo de USD $22,500 más IVA (aprox. $348,826.50 M.N con IVA
incluido)10.
Se realizó una comparación mostrada en la Tabla 4, de las máquinas Diana 135, 58 III,
Vicart 620, esto servirá como guía para definir las características del sistema
mecatrónico a elaborar.
Tabla 4. Comparación de las máquinas Diana 135, 58 III, Vicart 62 0 y MDPCC
Características Diana 135 58 III Vicart 620 MDPCC
Peso neto 12.120 ton 2.2 ton 2 ton 0.4 ton Potencia total instalada
94 Hp 4.5 Hp 8 Hp 4 Hp
Velocidad de la máquina máxima
500 (opc. 650) m/min
200 m/min 220 m/min 160 m/min
Longitud 15.9 x 2.4 m 5.4 x 1 m 8.5 x 1.5 m 4.1 x 1.03 m
Precio USD $300,000 + IVA
USD $21,000 + IVA
USD $22,500 + IVA
-
En la Tabla 4 se observan algunos factores importantes en las máquinas existentes en el
mercado, así como las características aproximadas que tiene la máquina elaborada.
10
Precio cotizado el 16/10/11, dólar en $13.3650, Banco de México.
Capítulo I. Panorama General UPIITA-IPN
17
Se puede observar que las dimensiones de las máquinas son un factor importante, ya
que al tener una máquina de gran tamaño se tiene el inconveniente de transportarla y se
requiere de mayor espacio, por lo que la empresa en cuestión no puede instalar dichas
máquinas en su lugar de trabajo, razón por la cual, al tener una máquina de dimensiones
menores a las existentes en el mercado su transportación se facilita.
Estas máquinas son de un costo elevado por lo que la empresa no puede obtener una
debido a su capacidad económica, por este motivo, este trabajo terminal diseñó y
construyó un sistema mecatrónico con características similares a las máquinas descritas
con anterioridad como se puede apreciar en la Tabla 4, es decir, realiza el mismo
trabajo, sin embargo, posee dimensiones menores y el costo es reducido en
comparación con las del mercado actual.
1.2. Planteamiento del problema
1.2.1. Descripción del problema
En la empresa “Acabado de cajas plegadizas MAR” se ha presentado la necesidad de
reducir los tiempo de producción de pegue lineal de las cajas de cartón, ya que al
hacerlo de forma manual el tiempo para concluir el trabajo es mayor, al analizar la forma
de trabajo de la empresa, se evaluó que el proceso de doblado y pegado de los
productos es indispensable, por lo que cambiar el proceso no es una solución para la
mejora de su producción, se requiere buscar que los trabajadores intervengan lo menos
posible.
Es por esto que una máquina dobladora y pegadora lineal, sería la solución, sin
embargo, por el costo de estas máquinas es imposible su compra, de lo anterior se
plantea la pregunta siguiente, la cual responderá el desarrollo de la propuesta:
¿Cuál será un buen diseño de un sistema mecatrónico para el proceso de doblado y
pegado de cajas de cartón de diferentes dimensiones para la empresa “Acabado de
cajas plegadizas MAR”?
Capítulo I. Panorama General UPIITA-IPN
18
1.2.2. Identificación de las necesidades
Una vez conocida la problemática se realizó una búsqueda e identificación de las
necesidades a través de entrevistas con los encargados del área de producción para
tener mejor información sobre el proceso que realizaría la máquina.
Las necesidades más relevantes son:
El sistema mecatrónico debe ser de fácil mantenimiento y uso.
El sistema mecatrónico debe requerir la menor intervención posible del usuario.
El sistema mecatrónico debe ajustarse a las diferentes dimensiones de las cajas
de cartón.
El sistema mecatrónico debe separar las cajas dobladas que indique el usuario.
1.3. Propuesta para solución del problema
Diseñar y construir un sistema mecatrónico capaz de realizar el pegado lineal de cajas
de cartón de diferentes dimensiones, éste será capaz de contabilizar las cajas de cartón
producidas, mismas que serán separadas por la cantidad de unidades requeridas por el
usuario mediante un mecanismo, con la finalidad de facilitar su empaquetado y llevar un
registro de las cajas pegadas.
Para el diseño y construcción del sistema mecatrónico se muestra un diagrama en la
Figura 7 de los bloques de las etapas del proceso de armado de las cajas de cartón, las
cuales serán detalladas a continuación:
Figura 7. Etapas del proceso de armado de cajas.
Capítulo I. Panorama General UPIITA-IPN
19
Etapa 1: Colocación de las láminas y transportación para el doblado.
Se requiere de un mecanismo sobre el cual se inserten las láminas de cartón caple o
cartulina SBS de diferentes dimensiones, el cual deberá tener soportes para colocar las
láminas de cartón, el mecanismo debe permitir el paso de una lámina a la vez y se debe
ajustar a las diferentes dimensiones y gramajes de la lámina de cartón.
Etapa 2: Engomado
Se necesitará de un mecanismo capaz de colocar suficiente pegamento sobre la pestaña
de la lámina de cartón para su posterior pegado.
Etapa 3: Primer y segundo doblez
El pegado lineal, consiste en doblar primero la pestaña engomada llamándolo primer
doblez, para después colocar sobre ella la pared contraria a la engomada, es decir, el
segundo doblez, generando así la unión de ambas partes que componen a la caja como
lo muestra la Figura 8, para esto se necesita de un mecanismo para realizar el doblez de
la caja de cartón en movimiento, éste deberá ajustarse a las dimensiones de las cajas de
cartón a pegar.
Capítulo I. Panorama General UPIITA-IPN
20
Figura 8. Esquema de doblez.
Etapa 4: Mecanismo de conteo
En esta etapa se requiere de un mecanismo para realizar el conteo de las cajas de
cartón pegadas, éste debe separar las cajas de cartón pegadas cada cierto número, esto
se propone con el fin de evitar pérdida de tiempo en contar las cajas pegadas y así
enfajillar y empaquetar directamente.
Etapa 5: Mecanismo para el fijado del pegamento
Consiste en el fijado de pegamento de ambas pestañas, para ello es necesario un
mecanismo que logre aplastar la caja de cartón una vez doblada, para lograr que durante
un determinado tiempo la caja de cartón quede completamente pegada y así obtener el
producto listo para enfajillar y empaquetar.
CAPITULO II
Desarrollo
Capítulo II. Desarrollo UPIITA-IPN
22
CAPÍTULO II. Desarrollo
2.1. Diseño mecatrónico
Para tener un proceso adecuado del diseño mecatrónico, se utilizó el principio de
concurrencia, que permite evaluar varios puntos simultáneamente y corregir posibles
fallos. Este inicia con la generación de conceptos, donde se analizan todas las posibles
soluciones a las necesidades identificadas, revisando la tecnología disponible, se
elabora el diseño detallado y la simulación del prototipo.
La ventaja de este proceso es que al ser estructurado y documentado se puede recurrir a
cada una de las etapas para corregir y/o ajustar aspectos de diseño, forma, tecnología o
simplemente re-evaluación de las elecciones realizadas.
2.2. Ingeniería detallada
Se elaboraron una serie de preguntas mostradas en seguida, para dar solución a cada
uno de los mecanismos que se requerían para conformar el sistema mecatrónico.
1. ¿Cómo darle salida a las láminas de cartón y que esto sea de una por una?
2. ¿Cómo transportar las láminas de cartón a los procesos siguientes?
3. ¿Cómo colocar pegamento en la pestaña de la lámina de cartón?
4. ¿Cómo sujetar las láminas de cartón para poder ser dobladas?
5. ¿Cómo doblar las láminas de cartón?
6. ¿Cómo sujetar las cajas de cartón una vez dobladas?
7. ¿Cómo contar el número de cajas de cartón producidas?
8. ¿Cómo separar las cajas de cartón?
9. ¿Cómo lograr el fijado de pegamento de las cajas de cartón?
Como respuesta a cada pregunta se desarrollaron diversos conceptos que darían
solución al problema, para fines de este escrito solo se puntualizará la solución que se
Capítulo II. Desarrollo UPIITA-IPN
23
llevó a cabo como resultado del análisis a través de una matriz de tamizaje, los puntos
evaluados fueron:
Costo
Eficiencia
Fabricación
Mantenimiento
A continuación se definen detalladamente los conceptos seleccionados para el diseño de
cada uno de los mecanismos que componen al sistema mecatrónico para el doblado y
pegado de cajas de cartón. Cabe mencionar que todos los diseños que se presentan en
este capítulo fueron elaborados en SolidWorks®.
2.2.1 Determinación de los mecanismos
Los mecanismos con los que se compone el sistema mecatrónico para el doblado y
pegado de cajas de cartón de diferentes dimensiones son los siguientes:
Distribuidor.
Mecanismo de engomado.
Mecanismo de doblado.
Mecanismo de transportación.
Mecanismo de sujeción.
Contador.
Mecanismo de separación de cajas de cartón.
Mecanismo de fijado de pegamento.
Capítulo II. Desarrollo UPIITA-IPN
24
2.2.1.1. Distribuidor
Mecanismo diseñado y construido cuya función principal es la distribución de las láminas
de cartón a los siguientes mecanismos encargados de la transformación de éstas, para
formar una caja de cartón pre-armada.
Los aspectos considerados para realizar el diseño fueron:
Capacidad máxima de una pila de láminas de cartón de hasta 30 cm
aproximadamente.
Ajuste a diferentes dimensiones (15 – 50 ) y gramajes (230 - 400
⁄ ).
Permitir el paso de las láminas de cartón de una por una dejando una separación
entre ellas de alrededor de 1cm.
Soportes para colocar las láminas de cartón.
Alineación de las láminas de cartón con el fin de lograr una trayectoria lineal.
Para dar lugar a cada uno de los puntos anteriores se construyó el concepto que consta
de una banda transportadora de cama plana con varias bandas de poliéster/nylon, nylon,
algodón y recubrimiento de goma, estas bandas utilizadas para el arrastre de las láminas
de cartón se colocaron sobre poleas de mismas que se sujetaron a un eje de
colocado entre chumaceras.
El distribuidor tiene una estructura construida con perfil PTR (Perfil Tubular Rectangular) ,
el proveedor de bandas recomendó este material debido a que es un elemento
estructural de alta eficiencia por su admisión de cargas.
El diseño y la construcción de este mecanismo se ilustran en la Figura 9, donde se
muestran cada uno de los componentes que lo forman.
Capítulo II. Desarrollo UPIITA-IPN
25
Figura 9. Distribuidor
El mecanismo está compuesto por:
Seguros. Construidos de acero al carbón, siendo éste el que más se utiliza para la
fabricación de máquinas, estos seguros son ajustables a diferentes gramajes de
las láminas de cartón, cuentan con una cuña en la parte inferior, esto con la
finalidad de garantizar que solo sea posible la salida de una sola lámina de cartón
a la vez, ya que de no ser así, se generarían fallas en el sistema, dado que las
láminas de cartón comenzarían a atorarse y por ende se romperían.
Seguros
Guías
Soportes
Bandas
de
arrastre
Capítulo II. Desarrollo UPIITA-IPN
26
Guías. Fabricadas de acero inoxidable para garantizar su mínima oxidación por las
propiedades que presenta el material, se pueden desplazar a lo largo del eje que
las sostiene para ajustarse a las diferentes dimensiones de las láminas de cartón,
se construyó de modo que una de las guías sirva de referencia.
Soportes. Construidos de acero inoxidable, presentan un balero en la parte que
tiene contacto con las bandas de arrastre para deslizar las láminas de cartón.
Bandas de arrastre. De acuerdo al proveedor, el tipo de banda que se utilizó son
exclusivas para el arrastre de cartón, estas son el elemento esencial de
distribuidor, ya que son las que transmiten el movimiento al producto están hechas
con un tejido base de poliéster/nylon, nylon, algodón, y tienen un recubrimiento de
goma.
El distribuidor posee una transmisión mediante cadena y catarinas, la cual presenta
ventajas como:
Capaz de unir ejes que estén hasta a cuatro metros de distancia.
Fácil mantenimiento.
Larga vida de operación.
Aumento o disminución de su velocidad relativamente sin complicaciones.
Se conectan y cortan fácilmente.
Prácticamente no tienen estiramiento.
No existe deslizamiento entre el eje impulsado y el motriz.
Se adaptan al trabajo rudo.
Capítulo II. Desarrollo UPIITA-IPN
27
2.2.1.2. Mecanismo de engomado
Para la fabricación de las cajas de cartón es necesario el uso de pegamento, es por ello
que se diseñó un mecanismo que se encargará de colocar la cantidad suficiente de
pegamento en la lámina de cartón, para diseñar este mecanismo se tomó en cuenta lo
siguiente:
Conservar la trayectoria lineal antes y después de colocar el pegamento.
Sujetar la lámina de cartón y ejercer presión en la zona a colocar pegamento.
Fácil mantenimiento.
Colocar la cantidad suficiente de pegamento.
Recipiente para vaciar el pegamento a utilizar.
El mecanismo de engomado se ilustra en la Figura 10.
Figura 10. Mecanismo de engomado
Este mecanismo fue construido de acero al carbón, se compone de:
Contenedor de pegamento. Fue diseñado para almacenar 2.2051lts. de
pegamento blanco para láminas de cartón sin recubrimiento alguno. Este debe ser
llenado constantemente con base al tamaño de la pestaña a cubrir, a mayor
Contenedor
de
pegamento
Disco de
sujeción y
presión
Disco de
pegamento
Capítulo II. Desarrollo UPIITA-IPN
28
tamaño mayor aplicación de pegamento, por lo tanto se debe llenar
frecuentemente al usar este tipo de láminas.
Disco de pegamento. Este disco es el encargado de colocar pegamento sobre la
pestaña de la lámina de cartón, ya que al estar girando dentro del contenedor, se
impregna de pegamento y al contacto con la pestaña de la lámina de cartón se
adhiere una película suficiente para su posterior pegado; se le aplico un moleteado
en la superficie que aplica la goma para tener un mejor agarre.
Este disco presenta un grosor de menores dimensiones a las pestañas a las que
se les colocará el pegamento, con esto se obtiene una línea de pegamento
suficiente para lograr su pegado, ya que de ser más grueso el disco, se colocaría
una cantidad excesiva de pegamento logrando que este manche a las paredes de
la lámina de cartón resultando una mala producción. El volumen del contenedor de
pegamento es de , a partir de esto se construyó el disco de diámetro
de logrando que cubriera el mayor volumen del contenedor para evitar que el
pegamento se seque, ya que al estar en constante movimiento el disco, se
consigue que el pegamento se esté revolviendo.
Disco de sujeción y presión. El cual se encargará de sujetar la pestaña de la
lámina para evitar que ésta se desplace, a la vez, la presiona contra el disco de
pegamento para lograr la aplicación uniforme de goma de éste sobre la pestaña.
Las dimensiones de este disco fueron determinadas por la longitud de las
pestañas. Presenta una hendidura sobre la cual hace contacto la pestaña con el
disco de pegamento para lograr la presión requerida y la aplicación de la goma.
Al igual que el distribuidor tiene una transmisión mediante cadena y catarinas por las
ventajas que se mencionaron anteriormente, se consideró implementarla.
Capítulo II. Desarrollo UPIITA-IPN
29
2.2.1.3. Mecanismo de doblado
La función principal del sistema mecatrónico es llevar a cabo el doblez de las láminas de
cartón. Por ello se necesitó de un mecanismo para realizarlo, de igual manera debía
cumplir con características específicas mencionadas a continuación:
Ajustarse a diferentes dimensiones (15 – 50 cm).
Realizar el doblez indicado previamente por el suaje.
Mantener la trayectoria lineal de la lámina de cartón una vez doblada.
Para éste mecanismo se propuso realizarlo por separado, construyendo así dos
elementos para efectuar esta función, de este modo el ajuste resultaría menos
complicado, así se construyeron dos alzadores cuya función es levantar las paredes de
las láminas de cartón a doblar a 90°, y dos dobladores, mismos que se encargan de
doblar las paredes alzadas de la lámina de cartón, éste diseño fue el más desafiante, ya
que garantizar el doblez de la lámina de cartón no resulto sencillo.
La Figura 11 muestra el mecanismo construido.
Capítulo II. Desarrollo UPIITA-IPN
30
Figura 11. Mecanismo de doblado
A continuación se describirán los elementos que componen a éste mecanismo:
Alzadores. Como lo describe el nombre son utilizados para levantar la pared de la
lámina de cartón a unir, se construyeron de acero inoxidable para minimizar la
fricción con el cartón, su diseño consistió en doblar la lámina de acero inoxidable
desde 0° hasta 90°, ángulo máximo necesario para lograr marcar el doblez de la
lámina de cartón, los alzadores cuentan con una base con guías utilizadas para
desplazarlos longitudinal y transversalmente según lo requiera el ajuste de la
dimensión de la lámina de cartón, esta se atornilla para evitar su desplazamiento
una vez colocada en la posición requerida.
Dobladores. Una vez levantada la pared es necesario doblarla para esto se diseñó
un mecanismo de 5 grados de libertad (gdl) construido de acero al carbón, estos
se ajustan a diversas dimensiones mediante el desplazamiento de cada uno de los
grados de libertad, para determinar la posición para lograr el doblado se realizaron
los siguientes cálculos:
Alzadores
Dobladores
Sujetadores
Guías
Capítulo II. Desarrollo UPIITA-IPN
31
Figura 12. Ajuste de doblador
Sujetadores. Para no perder la trayectoria lineal de la lámina de cartón y lograr el
marcado perfecto sobre la línea suajada se añadió este componente que se
encarga de sujetar la lámina de cartón, ejerce una presión sobre está y se coloca
justo sobre las líneas marcadas por el suaje, tiene la función de una regla, se
construyeron utilizando 1.60 mts de fleje.
2.2.1.4. Mecanismo transportación
Este mecanismo es la estructura principal del sistema mecatrónico, ya que en este se
colocaron el mecanismo de engomado y el mecanismo de doblado.
Para el diseño de este mecanismo se contemplaron las especificaciones siguientes:
Dimensiones mínimas y máximas de la lámina de cartón a transportar.
El peso de la lámina de cartón.
Dimensiones del mecanismo de engomado y doblado.
Para lograr el desplazamiento de las láminas de cartón se construyó una banda
transportadora de cama plana con varias bandas de nylon y poliéster sin recubrimiento
de goma, estas bandas están colocadas en poleas de sujetas a un eje de
Capítulo II. Desarrollo UPIITA-IPN
32
colocado en chumaceras, el soporte de esta banda también está construido en perfil
PTR.
Este mecanismo emplea una transmisión por poleas, proporcionándole la transmisión al
mecanismo de engomado y al distribuidor.
En la Figura 13 se muestra el mecanismo construido.
Figura 13. Mecanismo de transportación
Capítulo II. Desarrollo UPIITA-IPN
33
Los cálculos más representativos fueron:
Para obtener la distancia entre centros:
( )
( )
√
Longitud de la correa
( ) ( )
Arco de contacto entre la polea y la correa
( )
Para el control del motor se utilizó un variador de frecuencia, con éste se varía la
velocidad lineal de la banda transportadora.
Para el cálculo de la velocidad lineal se tiene:
Capítulo II. Desarrollo UPIITA-IPN
34
La máxima velocidad que puede obtener la banda transportadora está determinada por la
frecuencia máxima de 90 Hz por lo tanto:
Se tiene una relación de poleas de 4:1, entonces,
⁄ ⁄
Para obtener el total de cajas aproximado que pegará el sistema mecatrónico se utiliza la
siguiente ecuación:
Para colocar el mecanismo de engomado se propuso ubicar una lámina sobre la
estructura de la banda, encima de ésta se colocaron las bandas que dan el arrastre a la
lámina de cartón, se cortó un espacio de la lámina al inicio de la banda transportadora
para colocar el mecanismo de engomado mostrado en la Figura 14.
Capítulo II. Desarrollo UPIITA-IPN
35
Figura 14. Mecanismo de doblado colocado en el mecanismo de transportación
Las dimensiones fueron determinadas por el tamaño del contenedor de pegamento, se
fijó a la estructura el disco de sujeción como se puede observar en la Figura 14.
Para colocar el mecanismo de doblado era necesario sujetarlo a esta banda
transportadora sin que se viera afectada la trayectoria lineal y el desplazamiento de las
láminas de cartón, por lo que se decidió trazar tres guías sobre la lámina de la banda
transportadora, las dimensiones y distancia de separación entre estas fueron
determinadas por la máxima dimensión de la lámina a doblar.
2.2.1.5. Mecanismo de sujeción
Una vez instalados todos los mecanismos para llevar a cabo el doblado y pegado de las
láminas de cartón, se presentó el problema de conservar la trayectoria lineal una vez
colocado el pegamento así que para asegurar que las láminas se mantuvieran sujetas y
se trasladaran linealmente, se diseñó un mecanismo de sujeción conservando las
características siguientes:
Capítulo II. Desarrollo UPIITA-IPN
36
Ajuste a diferentes dimensiones (15 – 50 cm) y gramajes (230 – 400
⁄ ).
Debe ser ligero para evitar sobrepeso sobre la banda que se desplaza a la lámina
de cartón.
La Figura 15, presenta el diseño y la construcción del mecanismo de sujeción de cajas.
Figura 15. Mecanismo de sujeción para doblar las láminas de cartón
Las placas del carro principal fueron construidas de aluminio, unidas mediante tornillos
con rodamientos para crear una sola pieza y lograr la tracción de la lámina de cartón,
este mecanismo no presenta transmisión alguna ya que es impulsado por el arrastre de
las láminas de cartón y permite que al doblar las láminas de cartón no se desvíen de la
trayectoria lineal que se requiere durante todo el proceso.
Carro
principal
Tornillos
de ajuste
Capítulo II. Desarrollo UPIITA-IPN
37
En la parte superior de esta nueva pieza se atornillaron dos placas de aluminio las
cuales presentan una rosca en el centro, se le añadió un tornillo a esta rosca para lograr
desplazar hacia arriba/abajo esta pieza, con el fin de lograr el ajuste necesario a los
diferentes gramajes que presentan las láminas de cartón.
Como se requiere que este mecanismo se encuentre siempre al centro de la lámina de
cartón, se construyeron dos guías para lograr desplazar al centro esta pieza sujeta por
las placas superiores que posee.
Las dimensiones fueron determinadas por la máxima longitud de la lámina a doblar, el
diseño de esta se debe a que la parte final es de menor longitud a la parte inicial, ya que
es el punto donde la lámina comienza a levantarse a 90° para comenzar con el proceso
de doblado, y de este modo le permite realizarlo sin problema alguno.
2.2.1.6. Contador
Una vez dobladas las láminas de cartón se necesita obtener el total de éstas, así como
realizar una separación cada cierto número de unidades.
Mediante el uso de un microswitch como sensor, se logró el conteo de las láminas de
cartón dobladas, ya que al pasar cada una de éstas, el microswitch detecta este cambio
registrándolo en el contador Autonics CT6, se utiliza este modelo ya que permite
configurar el parámetro de cantidad de cajas de cartón a separar e indica el número de
separaciones realizadas por lo que es posible determinar el total de cajas pegadas en la
jornada de trabajo mediante una multiplicación.
Capítulo II. Desarrollo UPIITA-IPN
38
Figura 16. Contador y sensor
Es posible reajustar los parámetros del contador cada vez que se ponga en operación la
máquina o incluso si es necesario detenerla y modificarlos.
2.2.1.7. Mecanismo de separación de cajas dobladas
Se necesita de un actuador para separar la caja de cartón que muestra el total de cajas a
separar que definió el usuario inicialmente.
Se utiliza un actuador universal mostrado en la Figura 17, este se conectó al contador
Autonics CT6 ya que es el que manda la señal para su operación.
Figura 17. Actuador universal
La separación de la caja de cartón es mediante una inclinación de modo tal que no se
altere la trayectoria lineal que llevan todas las cajas de cartón, este actuador es de bajo
costo y funciona mediante el uso del contador, no se tuvo que invertir en otros
componentes o circuitos adicionales para su labor, con esto se logró reducir costos.
Capítulo II. Desarrollo UPIITA-IPN
39
2.2.1.8. Mecanismo de fijado de pegamento
Una vez dobladas, contadas y separadas las cajas de cartón de deben trasladar al
proceso de secado y fijado de pegamento, para esto se diseñaron y construyeron dos
bandas transportadoras de cama plana de banda completa, se utilizaron rodillos de
diferentes dimensiones, al superponer una banda sobre la otra se tiene una prensa,
mecanismo que se utiliza para aplastar las cajas de cartón, como estas cajas deben
fijarse para evitar el desdoblamiento, la velocidad de esta prensa es menor comparada
con la banda transportadora principal, debido a que se requiere de un tiempo suficiente
para fijar el pegamento de la caja de cartón.
Cuenta con tornillos de ajuste para los diferentes gramajes de las cajas de cartón. Su
sistema de transmisión es por poleas.
Los cálculos más representativos fueron:
Para obtener la distancia entre centros:
( )
( )
√
Longitud de la correa
Capítulo II. Desarrollo UPIITA-IPN
40
( ) ( )
Arco de contacto entre la polea y la correa
( )
Para el control del motor se utilizó un variador de frecuencia, con éste se varía la
velocidad lineal de la banda transportadora.
Para el cálculo de la velocidad lineal se tiene:
La máxima velocidad que puede obtener la banda transportadora está determinada por la
frecuencia máxima de 90 Hz por lo tanto:
Se tiene una relación de poleas de 2:1, entonces,
⁄ ⁄
Capítulo II. Desarrollo UPIITA-IPN
41
Figura 18. Mecanismo de fijado de pegamento
El diseño planteado facilitará las condiciones laborales del usuario. Sin embargo,
siempre será necesario que al menos dos personas estén encargadas de la supervisión
de la máquina, una de ellas que este alimentando el distribuidor y la otra recogiendo las
cajas de cartón pegadas.
El uso de los conocimientos técnicos es relevante en el proceso de diseño, sin embargo,
es aún más importante y conveniente hacerse asesorar por los proveedores
especializados al realizar tareas de selección de componentes.
Capítulo II. Desarrollo UPIITA-IPN
42
Como interfaz con el usuario se armó un gabinete mostrado en la Figura 19.
Figura 19. Gabinete
Descripción de los botones de la interfaz con el usuario.
1. Foco indicador de máquina energizada.
2. Foco indicador banda transportadora 1 activa.
3. Foco indicador banda transportadora 2 activa.
4. Contador por lotes.
5. Arrancador Banda transportadora 1/ Arrancador general modo automático.
6. Arrancador Banda transportadora 2.
7. Jog11.
8. Reinicio del contador.
9. Potenciómetro utilizado para variar velocidad de las bandas transportadoras.
10. Paro general.
11. Selector modo manual/automático.
11
Impulso eléctrico mínimo para comprobar la libertad y/o sentido de giro del motor para efectos de instalación. (http://www.wordreference.com 2011)
Capítulo II. Desarrollo UPIITA-IPN
43
Para el uso y ajuste de cada uno de los mecanismos que componen al sistema
mecatrónico para el doblado y pegado de cajas de cartón de diferentes dimensiones,
consultar el ANEXO C. Manual de instrucciones y operación del sistema mecatrónico
para el doblado y pegado de cajas de cartón.
CAPITULO III
Validación del sistema
Capítulo III. Validación del sistema UPIITA-IPN
45
CAPÍTULO III. Validación del sistema
En este capítulo se muestran las distintas pruebas realizadas en el sistema mecatrónico
para el doblado y pegado de cajas de cartón de diferentes dimensiones, cuya finalidad es
demostrar el correcto funcionamiento de cada uno de los mecanismos construidos, se
ilustra dicha validación mediante fotografías del sistema en operación.
3.1 Pruebas del distribuidor
Las pruebas realizadas para el distribuidor fueron las siguientes:
La Figura 20 muestra la colocación de las láminas de cartón sobre los soportes y el
ajuste de las guías al tamaño de la lámina a doblar, así como el ajuste de los seguros al
gramaje para evitar el paso de más de una lámina de cartón a las siguientes etapas del
proceso.
Figura 20. Colocación de las láminas de cartón y ajuste de seguros
Capítulo III. Validación del sistema UPIITA-IPN
46
Durante la puesta en marcha se puede observar en la Figura 21, que fue posible
desplazar las láminas de cartón a través de las siguientes etapas logrando distribuir una
por una, así como la separación suficiente para dar lugar a los procesos de
transformación que requiere, sin alterarla de manera alguna, esto es, se evita que
choquen entre sí, que se rompan y/o atoren, y se logró mantener la trayectoria lineal que
se necesita.
Figura 21. Distribución de una por una, separación entre láminas de cartón y trayectoria lineal constante
3.2 Pruebas del mecanismo de transportación
En la Figura 22 se observa el ensamble del mecanismo de engomado con el mecanismo
de transportación para la aplicación del pegamento sobre la pestaña de la lámina de
cartón.
Figura 22. Colocación del mecanismo de engomado.
Capítulo III. Validación del sistema UPIITA-IPN
47
En la Figura 23, se colocó el mecanismo de sujeción, para verificar su funcionamiento se
puso en marcha el sistema mecatrónico, la función principal de este mecanismo es
mantener la trayectoria lineal a lo largo del proceso, así como ejercer la presión
suficiente en las láminas de cartón para lograr el doblez que se requiere.
Figura 23. Mecanismo de sujeción colocado en el mecanismo de transportación.
3.3 Pruebas del mecanismo de engomado
En la Figura 24 se realizó la prueba de funcionalidad de los discos del mecanismo de
engomado, así como la aplicación de la película de pegamento al pasar a través de
estos. Se corroboró que la presión fue suficiente para lograr la aplicación homogénea del
pegamento sobre la pestaña.
Figura 24. Disco de presión y de engomado.
Capítulo III. Validación del sistema UPIITA-IPN
48
3.1 Pruebas del mecanismo de sujeción para doblar las láminas de cartón y
pruebas del mecanismo de doblado
En las Figuras 25, 26 y 27 se comprueba la funcionalidad del mecanismo de sujeción en
donde se muestra el trayecto lineal de la lámina de cartón y a la vez la presión que es
ejercida por el carro principal y los sujetadores, así como el proceso de pegado lineal
que realiza el sistema mecatrónico utilizando este mecanismo de sujeción.
La Figura 25 ilustra la comprobación de los alzadores que en conjunto con el mecanismo
de sujeción fueron capaces de levantar la lámina de cartón desde 0° hasta 90° para dar
paso al doblado de éstas.
Figura 25. Alzadores en funcionamiento, lámina de cartón desde 0° hasta 90°
En la Figura 25 se muestra el funcionamiento de los dobladores, en donde primero es
doblada la pared con la pestaña con pegamento y posteriormente se sobrepone la
pestaña de la pared contraria sobre la anterior.
Capítulo III. Validación del sistema UPIITA-IPN
49
Figura 26. Lámina de cartón a través de los dobladores
Una vez doblada y pegada la lámina de cartón esta es transportada a través del sistema
de sujeción para ser colocado en la etapa final del proceso, cabe mencionar que durante
el proceso de pegado lineal las láminas de cartón son contadas y separadas, la Figura
26 enseña este proceso.
Figura 27. Lámina de cartón trasladada al proceso final
Capítulo III. Validación del sistema UPIITA-IPN
50
3.2 Pruebas del contador
Se utilizó un sensor de fin de carrera para realizar el conteo de las cajas de cartón antes
de que fueran trasladadas al proceso final, como se ve en la Figura 27, conforme se
arrastra la caja por la banda transportadora, el sensor es activado, este le envía la señal
al contador CT6 el cual muestra el número de cajas de cartón que se han detectado lo
muestran las Figuras 28 y 29.
Figura 28. Conteo de cajas de cartón
Figura 29. Conteo de cajas de cartón por unidad y lotes
Capítulo III. Validación del sistema UPIITA-IPN
51
3.3 Pruebas del mecanismo de separación de cajas dobladas
Al contador se le programa la cantidad de cajas de cartón que deben ser contadas para
activar el actuador universal como se observa en la Figura 30 la caja es desplazada, una vez
que se ha activado el actuador universal.
V
Figura 30. Separación de la caja de cartón programada por el usuario
Capítulo III. Validación del sistema UPIITA-IPN
52
3.4 Pruebas del mecanismo de fijado de pegamento
Finalmente la caja de cartón pasa al proceso final, la prensa, en la cual es aplastada por dos
bandas transportadoras con el fin de lograr el fijado y secado del pegamento, ver figura 31.
Figura 31. Prensa, fijado de pegamento
CAPITULO V
Conclusiones
Capítulo IV. Conclusiones UPIITA-IPN
54
CAPÍTULO IV. Conclusiones
Se implementó el método del diseño concurrente para el desarrollo de un sistema
mecatrónico para el doblado y pegado de cajas de cartón de diferentes dimensiones,
dando como resultado un sistema estándar de cualidades y capacidades para competir
en el mercado actual.
Se llevó a cabo un proceso de diseño que integra investigación, desarrollo, simplicidad,
eficiencia tecnológica y eficacia de acuerdo a lo requerido, generando un sistema
mecatrónico que logra el pegado y doblado lineal de cajas de cartón caple o cartulina
SBS, el cual se realizó mediante una asesoría constante y una validación de conceptos
por parte de la empresa “Acabado de cajas plegadizas MAR”, quienes de manera
continua se involucraron en el proyecto generando una retroalimentación en el mismo,
esto trajo como resultado un sistema sólido, bien estructurado, flexible y con beneficios
en calidad, en seguridad y en costos.
Con este sistema se pretende optimizar los costos y el tiempo de producción de las cajas
de cartón.
La cantidad de pegamento que se debe aplicar es importante, ya que cantidades
excesivas del pegamento hacen lento el secado y resulta económicamente
inconveniente. Por el contrario, si se aplican cantidades insuficientes no se obtiene una
línea de pegado continua.
El sistema mecatrónico presentado, requiere de mejoras para optimizar su funcionamiento como son:
Disminuir el tiempo de ajuste de los mecanismos.
Perfeccionar el sistema de doblado y pegado.
Desarrollar un mecanismo de almacenaje de producto terminado.
Capítulo IV. Conclusiones UPIITA-IPN
55
Se deberán considerar las normas mexicanas siguientes para el desarrollo de las
modificaciones pertinentes al presente trabajo terminal.
NMX-EE-038-1981
ENVASE Y EMBALAJE-CARTON Y PAPEL-METODO DE PRUEBA PARA LOS
ADHESIVOS EMPLEADOS EN CARTONES Y PAPELES
NMX-EE-039-1979
ENVASE Y EMBALAJE- ENVASES Y EMBALAJES DE CARTON- DETERMINACION DE
LA RESISTENCIA A LA COMPRESION
NMX-EE-074-1980
ENVASE Y EMBALAJE- PAPEL Y CARTON- TERMINOLOGIA
NMX-EE-075-1980
ENVASE Y EMBALAJE- PAPEL Y CARTON- DETERMINACION DE LA RESISTENCIA AL
REVENTAMIENTO
NMX-EE-108-1981
ENVASE Y EMBALAJE - PAPEL Y CARTON- DETERMINACION DE LA RESISTENCIA AL
RASGADO
NMX-EE-123-1981
ENVASE Y EMBALAJE- CARTON COMPACTO Y CORRUGADO- DETERMINACION DEL
COEFICIENTE DE FRICCION ESTATICA- METODO DEL PLANO INCLINADO
NMX-EE-169-1984
ENVASE Y EMBALAJE- CARTON- RESISTENCIA A LA FLEXION Y A LA COMPRESION-
METODO DE PRUEBA
NMX-EE-175-1984
ENVASE Y EMBALAJE - CARTON CORRUGADO - RIGIDEZ - METODO DE PRUEBA
NMX-EE-208-1984 13/04/1984 ENVASE Y EMBALAJE - CARTON - RESISTENCIA A LA PERFORACION - METODO DE
PRUEBA
NMX-N-007-SCFI-
2011
29/09/2011 INDUSTRIAS DE LA CELULOSA Y PAPEL-DETERMINACION DE LA RESISTENCIA
LATERAL A FUERZAS DE COMPRESION DE CARTONES (“ECT”)-METODO DE PRUEBA
Bibliografía UPIITA-IPN
56
BIBLIOGRAFIA
Descripción de las cajas de cartón
http://www.arqhys.com/arquitectura/carton-tipos.html, Matías S. Pérez, España
Tipos de cajas
http://www.todocajas.com.ar/cartulina/cartulina.htm,
Accionamientos y actuadores eléctricos
http://www.uhu.es/rafael.sanchez/ingenieriamaquinas/carpetaapuntes.html;Rafael
Sanchez
Información sobre cajas de cartón
http://www.novelsa.com/component/content/article/7-noticias/36-historia-del-papel
Rodamientos
http://www.rodamientosbulnes.com/doc/es-c-fag.pdf... 22 dic
Matrices para la evaluación y selección de alternativas
http://www.capac.org/web/Portals/0/biblioteca_virtual/doc004/CAPITULO%2018.pdf12
enero
Tipos de sensores
http://www.profesormolina.com.ar/tecnologia/sens_transduct/que_es.htm
El acero y su clasificación
http://www.infoacero.cl/acero/que_es.htm
Bibliografía UPIITA-IPN
57
Transmisiones
http://www.quiminet.com/articulos/el-uso-de-las-cadenas-de-rodillos-en-las-
transmisiones-2602288.htm
Contador
http://www.gayatricontrol.com/autonics_counter_timer_ct_cts_cty_series.htm
Electricidad y electrónica, Interruptores.
http://camilocely.blogspot.com/
Diseño en ingeniería mecánica, Joseph E. Shigley, Charles R. Mischke, Ed. Mc
Graw Hill, México D.F. 2001.
Metodología del diseño industrial. Un enfoque desde ingeniería concurrente,
Francisco Aguayo González, Víctor M Soltero Sánchez, Ed. Alfaomega, México
2003.
Diseño de elementos de máquinas, V.M. Faires, Grupo editorial Limusa, México
D.F. 2003.
ANEXO A
Proceso actual de doblado y pegado lineal de cajas de
cartón
ANEXO A. Proceso actual de doblado y pegado lineal de cajas de cartón UPIITA-IPN
59
ANEXO A. Proceso actual de doblado y pegado lineal de cajas de cartón
A continuación, en las Figuras A1, A2, A3, A4 y A5 se describe el proceso actual del
doblado y pegado de las láminas de cartón.
En la Figura A1 se muestra como se pre-doblan las láminas de cartón del lado de las
paredes a doblar para facilitar su doblez más adelante.
Figura A1. Pre-doblado manual de láminas de cartón
Después, se realiza una escalera con las láminas de cartón del lado de la pestaña a la
que se le aplicará el pegamento, para esto, se utiliza una cuña con la cual se logra la
separación de las láminas de cartón. Ver Figura A2.
Figura A2. Escalera de láminas de cartón
ANEXO A. Proceso actual de doblado y pegado lineal de cajas de cartón UPIITA-IPN
60
En la Figura A3 se tiene un recipiente en el que se vacía goma suficiente, ya que de ser
excesivo se secaría, con una brocha se toma una cantidad considerable de goma para
ser aplicada sobre las pestañas de las láminas de cartón de la escalera formada con
anterioridad.
Figura A3. Aplicación de pegamento de láminas de cartón
La Figura A4 muestra cómo se toman las láminas de cartón de modo tal que se doblen
ambas paredes, la que contiene goma y la contraria a esta.
Figura A4. Doblado y pegado de láminas de cartón
ANEXO A. Proceso actual de doblado y pegado lineal de cajas de cartón UPIITA-IPN
61
Finalmente se obtiene el producto final, las cajas de cartón pre-armadas, éstas son
contadas y separadas de 50 en 50 y se enfajillan, de este modo se facilita su traslado.
Ver Figura A5.
Figura A5. Enfajillado de cajas de cartón previamente contadas
ANEXO B
Diagramas de control y potencia
ANEXO B. Diagramas de control y potencia UPIITA-IPN
63
ANEXO B. Diagramas de control y potencia
Figura B1. Diagrama de control
La Figura B1 muestra las terminales de E/S del variador de frecuencia Vacon 10, así
como las terminales de control del contador Autronics CT6 y su conexión con los focos
indicadores de estado.
ANEXO B. Diagramas de control y potencia UPIITA-IPN
64
Figura B2. Diagrama de potencia
La Figura B2 muestra la conexión de los motores a los variadores de frecuencia Vacon
10, así como la terminal de alimentación del contador Autronics CT6 y ambos variadores
de frecuencia.
ANEXO C
Manual de instrucciones y operaciones del sistema
mecatrónico para el doblado y pegado de cajas de
cartón de diferentes dimensiones.
ANEXO C. Manual de instrucciones y operaciones del sistema mecatrónico UPIITA-IPN
66
ANEXO C. Manual de instrucciones y operaciones del sistema
mecatrónico para el doblado y pegado de cajas de cartón de diferentes
dimensiones.
ANEXO C. Manual de instrucciones y operaciones del sistema mecatrónico UPIITA-IPN
67
CONTENIDO
INSTRUCCIONES DE SEGURIDAD ................................................................................................ 68
INFORMACIÓN TÉCNICA ................................................................................................................ 69
RANGO DE LÁMINAS DE CARTÓN A DOBLAR ........................................................................................ 69 DIMENSIONES .................................................................................................................................. 69 REQUISITOS DE ALIMENTACIÓN ......................................................................................................... 69 DATOS DE LA LÁMINA DE CARTÓN ...................................................................................................... 69
CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA MECATRÓNICO ................................................................... 70
DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA MECATRÓNICO ........................................................................................ 70 DIMENSIONES .................................................................................................................................. 70
MANTENIMIENTO ............................................................................................................................ 72
MANTENIMIENTO GENERAL ............................................................................................................... 72 Lubricación................................................................................................................................. 72 Limpieza de contenedor de pegamento y disco de pegamento ................................................ 73
INSTALACIÓN Y PUESTA EN MARCHA ........................................................................................ 75
SITUACIÓN DE LA MÁQUINA ............................................................................................................... 75 DIMENSIONES Y ÁREA DE TRABAJO .................................................................................................... 75 CALIBRACIÓN ................................................................................................................................... 76
Distribuidor ................................................................................................................................. 76 Carro y mesa principal ............................................................................................................... 78 Alzadores, sujetadores y dobladores ........................................................................................ 80 Carro de doblez ......................................................................................................................... 81 Prensa ........................................................................................................................................ 82
MANUAL DE OPERACIÓN .............................................................................................................. 83
ALIMENTACIÓN DEL SISTEMA MECATRÓNICO ...................................................................................... 84 VARIACIÓN DE VELOCIDAD ................................................................................................................ 85 ACTIVACIÓN DEL SISTEMA MECATRÓNICO .......................................................................................... 86 TRABAJANDO EN MODO MANUAL........................................................................................................ 86 JOG ................................................................................................................................................. 87 TRABAJANDO EN MODO AUTOMÁTICO ................................................................................................ 88 CONFIGURACIÓN Y BORRADO DEL CONTADOR .................................................................................... 89 ADVERTENCIAS ................................................................................................................................ 90
ANEXO C. Manual de instrucciones y operaciones del sistema mecatrónico UPIITA-IPN
68
Instrucciones de Seguridad LEA ESTE MANUAL ANTES DE UTILIZAR EL SISTEMA MECATRÓNICO PARA EL DOBLADO Y PEGADO DE CAJAS DE CARTÓN
ADVERTENCIA
Indicaciones sobre situaciones o prácticas que pueden producir lesiones graves o la muerte.
PRECAUCIÓN
Indicaciones sobre situaciones o prácticas que pueden producir lesiones menores o daños al equipo u otros bienes.
PRECAUCIÓN - PUNTOS DE TRACCIÓN
Mantenga las manos, la ropa suelta o los cabellos largos apartados de los componentes móviles. Podrían producir lesiones.
ANEXO C. Manual de instrucciones y operaciones del sistema mecatrónico UPIITA-IPN
69
Información Técnica Rango de láminas de cartón a doblar W Min: 17cm W Max: 60cm
Figura C1. Patrón de lámina de cartón
Dimensiones Ancho: Largo: Alto: Requisitos de alimentación 110 V (AC) 60 Hz, corriente máxima: 5.1 A Datos de la lámina de cartón
Las láminas de cartón no deben estar rotas.
Las láminas deben ser de cartón caple o cartulina SBS.
Las láminas de cartón no deben estar dobladas.
Las láminas de cartón deben ser de al menos 4 caras.
ANEXO C. Manual de instrucciones y operaciones del sistema mecatrónico UPIITA-IPN
70
Características del sistema mecatrónico Descripción del sistema mecatrónico El sistema mecatrónico para el doblado y pegado de cajas de cartón, está diseñado específicamente para doblar y pegar cajas de cartón de diferentes tamaños. Cualquier otra aplicación que no sea la especificada anteriormente, el fabricante no se responsabilizará de los daños causados en el sistema mecatrónico o a las personas que la utilicen. Dimensiones
Figura C2. Dimensiones del sistema mecatrónico para el doblado y pegado de cajas de cartón
ANEXO C. Manual de instrucciones y operaciones del sistema mecatrónico UPIITA-IPN
71
Figura C3. Dimensiones del sistema mecatrónico para el doblado y pegado de cajas de cartón
ANEXO C. Manual de instrucciones y operaciones del sistema mecatrónico UPIITA-IPN
72
Mantenimiento Mantenimiento general ADVERTENCIA
Verifique que el sistema mecatrónico este apagado antes de realizar el mantenimiento. Lubricación Lubrique las chumaceras antes de arrancar la unidad. La chumacera está equipada con una grasera mostrada en la Figura C4 que permite que el rodamiento sea lubricado en cada mantenimiento. Engrase las chumaceras de la flecha del motor en forma lenta, preferiblemente girando la flecha, hasta que aparezca una pequeña cantidad de grasa nueva saliendo por los sellos. Se recomienda usar grasa grado 2, a base aceite mineral y jabón Litio / Calcio.
Figura C4. Indicación de la grasera en la chumacera
Grasera
ANEXO C. Manual de instrucciones y operaciones del sistema mecatrónico UPIITA-IPN
73
Limpieza de contenedor de pegamento y disco de pegamento Deberá retirarse el contenedor de pegamento y el disco de pegamento como lo muestran los pasos siguientes:
Figura C5. Disco de sujeción y presión, disco de pegamento y contenedor de pegamento.
Retirar el disco con pegamento.
1. Levantar el disco de sujeción y presión.
Figura C6. Disco de sujeción y presión
2. Sujetar el disco con pegamento y desatornillar girando el tornillo en sentido anti-horario.
Figura C7. Disco de pegamento
3. Para retirar el disco se debe jalar hacia afuera y dejar caer sobre el contenedor de pegamento.
Disco de
sujeción y
presión
Disco de
pegamento Contendor de
pegamento
ANEXO C. Manual de instrucciones y operaciones del sistema mecatrónico UPIITA-IPN
74
Retirar el contenedor de pegamento PRECAUCIÓN
Observar que no se ladee el contenedor ya que puede regarse el pegamento restante.
1. Usando una llave inglesa retirar los dos tornillos frontales mientras se sujeta el contenedor.
Figura C8. Retirar contenedor de pegamento
2. Jalar hacia abajo y hacia afuera el contenedor para retirarlo.
Figura C9. Sustracción del contenedor de pegamento
3. Una vez retirados del sistema mecatrónico, vaciar el pegamento sobrante al envase del
pegamento para evitar desperdicio.
4. Enjuagar con abundante agua ambas partes del sistema mecatrónico.
5. Secar completamente antes de colocar nuevamente.
ANEXO C. Manual de instrucciones y operaciones del sistema mecatrónico UPIITA-IPN
75
Instalación y puesta en marcha Situación de la máquina Se procurará ubicar el sistema mecatrónico para el doblado y pegado de cajas de cartón debidamente para no tener que moverlo, se deberá situar en una superficie lisa y nivelada para evitar vibraciones y movimientos de ésta durante los plegados. Es posible nivelar la maquina mediante unos tornillos situados en la base de ésta uno en cada esquina. Ver Figura C10.
Figura C10. Tornillos para nivelar la máquina
Dimensiones y área de trabajo. Cuando se coloque el sistema mecatrónico para el doblado y pegado de cajas de cartón se debe tener en cuenta las dimensiones y el área de trabajo del usuario. El sistema mecatrónico para el doblado y pegado de cajas de cartón deberá ser utilizado por al menos dos usuarios, uno de ellos se debe colocar al principio de la máquina para alimentar con láminas de cartón al sistema que se encarga de distribuir las cajas de cartón (ver Figura C11).
Figura C11. Alimentación de cajas de cartón
Niveladores
ANEXO C. Manual de instrucciones y operaciones del sistema mecatrónico UPIITA-IPN
76
El usuario dos deberá colocarse al final del sistema mecatrónico para recolectar las cajas de cartón y enfajillarlas para su entrega (ver Figura C12).
Figura C12. Recolección y empaque de las cajas de cartón
Calibración Es el procedimiento de ajuste de los diferentes componentes que contiene el sistema mecatrónico para el doblado y pegado de cajas de cartón. Distribuidor En la Figura C13 se muestra el distribuidor del sistema mecatrónico y cada uno de sus componentes.
Figura C13. Distribuidor
Para la calibración del distribuidor se realiza lo siguiente:
1. Deslice las guías al tamaño de la lámina de cartón para evitar que se desalinee durante su
trayecto jalándolas hacia la izquierda o derecha según sea el caso. Es importante mencionar que la pestaña de la lámina de cartón donde se aplicará el pegamento debe pasar por encima
Seguros
Guías
Bandas de
arrastre Soportes
ANEXO C. Manual de instrucciones y operaciones del sistema mecatrónico UPIITA-IPN
77
del disco con pegamento, para garantizar esto, se deberá colocar una de las guías como escuadra.
Figura C14. Ajuste de guías
2. Ajuste cada una de las bandas de tal manera que deslicen la lámina de cartón, para esto se
debe retirar el tornillo lateral 3 que sostiene a las chumaceras y los tornillos de las chumaceras 1 y 2 para destensar la banda, aflojar cada una de las poleas desatornillando los opresores que las sostienen para desplazarlas.
Figura C15. Ajuste de bandas
3. Ajuste los seguros desatornillando la parte lateral de estos y deslizando hacia arriba o abajo el
eje según se requiera, de modo que solo permita el paso de una sola lámina de cartón.
3
2 1
ANEXO C. Manual de instrucciones y operaciones del sistema mecatrónico UPIITA-IPN
78
Figura C16. Ajuste de seguros
4. Ajuste los soportes de manera tal que los baleros se coloquen en la orilla de la lámina de
cartón.
Figura C17. Ajuste de soportes
Carro y mesa principal La Figura C18 ilustra el carro y mesa principal que lo sostiene.
ANEXO C. Manual de instrucciones y operaciones del sistema mecatrónico UPIITA-IPN
79
Figura C18. Carro y banda transportadora principal
Para calibrar el carro y la mesa principal:
1. Ajustar las bandas de la mesa principal del sistema mecatrónico. Si la lámina de cartón es mayor a 17 cm y menor que 35 cm solo se utilizará una banda, la cual deberá ir centrada a la lámina de cartón. Si la lámina de cartón es mayor a 36 cm y menor que 50 cm se utilizarán las tres bandas dos de ellas en cada uno de los extremos y otra en medio de la lámina de cartón. Para el ajuste se debe desatornillar cada uno de los opresores de las poleas de la banda transportadora, se deslizan a la izquierda o derecha según se requiera.
Figura C19. Ajuste de bandas de la mesa principal
Las bandas se tensan utilizando el mango situado en la parte inferior de la máquina, desplazándolo a la izquierda o derecha hasta ajustar con las poleas, por último girar el mango.
Figura C20. Tensión de bandas de la mesa principal
2. Se debe ajustar el carro principal para hacer la presión suficiente con la lámina de cartón, para ello se utilizan los tornillos de ajuste situados en la parte superior del carro principal, para subir
Tornillos
de ajuste
Carro
principal
Mesa principal
ANEXO C. Manual de instrucciones y operaciones del sistema mecatrónico UPIITA-IPN
80
se debe girar la tuerca superior, tener en cuenta que la tuerca inferior debe estar floja, para bajar se debe girar la tuerca inferior, de igual manera la tuerca superior debe estar floja. El carro principal debe situarse siempre entre los dobleces de la lámina de cartón y sobre la banda del centro de la mesa principal, para esto se desliza a la izquierda o derecha según se necesite, y se atornillan los soportes de los tornillos de ajuste.
Figura C21. Ajuste del carro principal
Alzadores, sujetadores y dobladores En la Figura C8 se muestran los elementos para doblar la lámina de cartón.
Figura C22. Alzadores, sujetadores y dobladores
Para la calibración de los alzadores, sujetadores y dobladores:
1. Colocar los sujetadores en las líneas marcadas a doblar en la lámina de cartón.
Alzadores
Dobladores
Sujetadores
Guías
ANEXO C. Manual de instrucciones y operaciones del sistema mecatrónico UPIITA-IPN
81
Figura C23. Colocación de sujetadores
2. Medir los alzadores de tal modo que levante las solapas a doblar de la lámina de cartón, estos se desplazan a la izquierda o derecha y hacia arriba o abajo, una vez colocados se atornillan. Dado que la solapa con la pestaña engomada debe doblarse primero, los alzadores requieren un desfasamiento.
Figura C24. Calibración de los alzadores
3. Ajustar los dobladores, desatornillando cada uno de los componentes para facilitar su movilidad, desplazando hacia la izquierda o derecha, colocándolo sobre una de las guías, deslizar la varilla de modo que quede al largo deseado y girar el ángulo para realizar el doblez correspondiente.
Figura C25. Ajuste de dobladores
ANEXO C. Manual de instrucciones y operaciones del sistema mecatrónico UPIITA-IPN
82
Carro de doblez La Figura C26 muestra el carro utilizado una vez que las láminas de cartón han sido dobladas para continuar con su trayectoria.
Figura C26. Carro de doblez
Para la calibración de este sistema:
1. Alinear el carro de doblez con el carro principal, desatornillando los seguros y los opresores de la polea 1, deslizar a la izquierda o derecha según se necesite.
2. Ajustar la altura del carro, de modo tal que logre pasar la caja de cartón, desatornillándolo de
las placas que lo sujetan y deslizándolo hacia arriba o abajo.
Figura C27. Ajuste del carro de doblez
Prensa La Figura C28 muestra el sistema para el fijado del pegamento, tiene la función de prensar la caja de cartón, una vez que ha sido doblada y pegada.
Carro de
doblez
Seguros
Polea 1
ANEXO C. Manual de instrucciones y operaciones del sistema mecatrónico UPIITA-IPN
83
Figura C28. Prensa
Para la calibración de este sistema únicamente se deben ajustar los tornillos laterales, permitiendo que pasen las cajas de cartón dobladas y pegadas, haciendo presión sobre ellas para lograr su pegado.
Figura C29. Ajuste de la prensa
Manual de operación
ANEXO C. Manual de instrucciones y operaciones del sistema mecatrónico UPIITA-IPN
84
ADVERTENCIA Antes de conectar, utilizar guantes de protección. IMPORTANTE: Esta máquina debe ser conectada a una toma de corriente con contacto de puesta a tierra. El sistema mecatrónico para el doblado y pegado de cajas de cartón, viene equipado con dos motores trifásicos 220v uno de 1 hp y otro de ¾ hp para conectarse a una fuente de alimentación de 220v. Introducción Este manual está concebido para ser de utilidad al usuario del sistema mecatrónico para el doblado y pegado de cajas de cartón pues contiene información importante acerca del uso y peculiaridades de dicho sistema. Es por este motivo por el que se recomienda seguir paso a paso los puntos detallados en este manual a fin de comprender el correcto funcionamiento del sistema en cuestión. Para el control y operación del sistema mecatrónico se utilizan los botones ubicados en el gabinete mostrado en la figura C30.
Figura C30. Gabinete de control y operación
Alimentación del sistema mecatrónico Para dar alimentación a la máquina, es necesario contar con una toma de corriente de 110v y encender el interruptor interno del gabinete. Al proceder, se enciende el foco indicador rojo.
ANEXO C. Manual de instrucciones y operaciones del sistema mecatrónico UPIITA-IPN
85
Figura C31. Alimentación del sistema mecatrónico
La situación en la que el sistema mecatrónico se encuentra en este momento se denomina StandBy, un estado en que la máquina está activada pero se mantiene en reposo a la espera de realizar cualquier función que se le ordene. Variación de velocidad El sistema mecatrónico cuenta con una perilla para variar la velocidad de la mesa principal, como la velocidad de la prensa está en función de la velocidad de la mesa principal, también esta se verá afectada.
Figura C32. Perilla de ajuste de velocidad
Perilla de
velocidad
ANEXO C. Manual de instrucciones y operaciones del sistema mecatrónico UPIITA-IPN
86
Activación del sistema mecatrónico Con el sistema ya inicializado y en estado de StandBy, puede usted activarlo para trabajar con el siguiendo los pasos que a continuación se detallan. El sistema mecatrónico para el doblado y pegado de cajas de cartón tiene dos modos de operación, manual y automático, los cuales son seleccionados por el selector mostrado en la imagen.
Figura C33. Activación del sistema mecatrónico
Trabajando en modo manual En el modo de trabajo manual, se activan la mesa principal y la prensa por separado, esto se hace con la finalidad de calibrar los componentes previamente descritos. Primero se debe colocar el selector a la izquierda para activar el modo manual, para encender la mesa principal se utiliza el botón 1, al activarse se encenderá el foco indicador verde 1, con el botón 2 se activa la prensa y por ende el foco indicador verde 2.
Figura C34. Modo manual mesa principal
Selector
automático/
manual
Botón 1 Foco
indicador
verde 1
ANEXO C. Manual de instrucciones y operaciones del sistema mecatrónico UPIITA-IPN
87
Figura C35. Modo manual prensa
Jog Un jog es un impulso eléctrico mínimo para comprobar la libertad y/o sentido de giro del motor a efectos de instalación. El sistema mecatrónico requiere ser calibrado minuciosamente por lo que se le ha incluido esta opción. Para esto se debe mantener presionado el botón amarillo, únicamente se activarán las bandas de la mesa principal a una velocidad constante, con esto se facilitará la calibración etapa por etapa del sistema mecatrónico, cuando se deja de oprimir el botón el sistema se detiene.
Figura C36. Jog
Botón 2 Foco
indicador
verde 2
Jog
ANEXO C. Manual de instrucciones y operaciones del sistema mecatrónico UPIITA-IPN
88
Trabajando en modo automático En el modo de trabajo automático, se activan la mesa principal y la prensa al mismo tiempo. Esto se realiza colocando el selector a la derecha, para encender el sistema mecatrónico se utiliza el botón 1, al activarse se encenderán ambos focos indicadores verdes. Este modo de trabajo es utilizado una vez que se ha calibrado el sistema y se comienzan a producir las cajas de cartón.
Figura C37. Modo automático y paro general
Para el paro general del sistema mecatrónico, se utiliza el botón de color rojo, con esto se detiene el sistema por completo.
Botón 2
Focos
indicadores
verdes
Paro general
ANEXO C. Manual de instrucciones y operaciones del sistema mecatrónico UPIITA-IPN
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Configuración y borrado del contador El contador tiene la capacidad de mostrar el número de cajas de cartón que se requiere separar, así como indicar el incremento del conteo mientras pasa cada una de las cajas de cartón. Además se puede ver el número de separaciones que ha realizado, para estimar el total de cajas producidas. En la Figura C38 se muestra la descripción del contador CT6.
Figura C38. Contador CT6
Display 1
Display 2
Flechas de
selección
MD
BA
Reset
ANEXO C. Manual de instrucciones y operaciones del sistema mecatrónico UPIITA-IPN
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Para asignar el número en el cual se separará la caja de cartón, se debe oprimir una vez MD, con esto el display 2 comenzará a parpadear, utilizando las flechas de selección se procederá a colocar el
valor, la flecha ← se utiliza para desplazarse entre los dígitos, modificar su valor utilizando las
flechas ↑↓con esto se tiene la cantidad de cajas a separar, para guardar el valor se oprime MD.
En el display 1 se muestra el conteo actual de las cajas de cartón. Para ver el total de separaciones realizadas presionar BA, con esto el display 1 cambiará mostrando ahora un incremento en la numeración después de haber realizado el conteo de cajas indicado anteriormente. Para reiniciar el conteo de separaciones, se oprime el botón azul (reset) situado en la parte inferior del contador. Para mayor información sobre el funcionamiento del contador dirigirse a: http://www.gayatricontrol.com/autonics_counter_timer_ct_cts_cty_series.htm Advertencias
No manipular cualquier componente de la máquina en marcha.
No utilizar la máquina para propósitos no descritos en el manual.
ANEXO D
Planos del sistema mecatrónico para el doblado y
pegado de cajas de cartón de diferentes dimensiones
ANEXO D. Planos del sistema mecatrónico UPIITA-IPN
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ANEXO D. Planos del sistema mecatrónico para el doblado y pegado de
cajas de cartón de diferentes dimensiones
ANEXO D. Planos del sistema mecatrónico UPIITA-IPN
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ANEXO D. Planos del sistema mecatrónico UPIITA-IPN
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ANEXO D. Planos del sistema mecatrónico UPIITA-IPN
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