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CAPTULO V PROCESO DE MANUFACTURA DEL MOLDE DE LAS PALAS DE UN AEROGENERADOR DE 10 KW

5.1. INTRODUCCINEn este captulo se va a realizar el proceso de manufactura del molde de las palas de un aerogenerador de 10 kw, mismo que servir para la fabricacin de las palas mediante el uso de la fibra de vidrio. Cabe destacar que el proceso de manufactura se realiza mediante el mecanizado por arranque de viruta asistido por computadora (CAM).5.2. DEFINICIN DE MANUFACTURA

La palabra manufactura se deriva de las palabras latinas manus (manos) y factus (hacer); esta combinacin de trminos significa hacer con las manos. La palabra inglesa manufacturing tiene ya varios siglos de antigedad, y la expresin hecho a mano describe precisamente el mtodo manual que se usaba cuando se acuo la palabra. Gran parte de la moderna manufactura se realiza con maquinaria computarizada y automatizada que se supervisa manualmente.

La manufactura como campo de estudio en el contexto moderno, puede definirse de dos maneras: tecnolgica y econmica. Tecnolgicamente es la aplicacin de procesos qumicos y fsicos que alteran la geometra, las propiedades, o el aspecto de un determinado material para elaborar partes o productos terminados. Los procesos para realizar la manufactura involucran una combinacin de mquinas, herramientas, energa y trabajo manual. La manufactura se realiza casi siempre como una sucesin de operaciones en la que cada una de ellas lleva al material cada vez ms cerca del estado final deseado.Econmicamente, la manufactura es la transformacin de materiales en artculos de mayor valor a travs de una o ms operaciones, o procesos de ensamble. El punto clave es que la manufactura agrega valor al material original, cambiando su forma o propiedades, o al combinarlo con otros materiales que han sido alterados en forma similar.El material original se vuelve ms valioso mediante las operaciones de manufactura que se ejecutan sobre l.

Una manera grfica de explicar la definicin de manufactura se presenta en la figura No. 5.1.

Figura 5.1. Definicin de manufactura como proceso tcnico (a) y como proceso terico (b). [17]5.3. CLASIFICACIN GENERAL DE LOS PROCESOS DE MANUFACTURALos procesos de manufactura se clasifican de manera general en cinco grupos, tal y como lo muestra la tabla No. 5.1.

Procesos que cambian la forma del material. Metalurgia.

Fundicin.

Formado en fro y caliente.

Moldeo de plstico.

Procesos que provocan desprendimiento de viruta por medio de mquinas. Mtodos de maquinado convencional.

Mtodos de maquinado especial.

Procesos que cambian las superficies. Con desprendimiento de viruta.

Por pulido.

Por recubrimiento.

Procesos para el ensamblado de materiales. Uniones permanentes.

Uniones temporales.

Procesos para cambiar las propiedades fsicas. Temple de piezas.

Temple de superficies.

Tabla No. 5.1. Clasificacin general de los procesos de manufactura. [18]Cabe sealar que el proceso de manufactura que se va a utilizar para el maquinado del molde de las palas ser el proceso que provoca el desprendimiento de viruta por medio de mquinas.5.4. TIPOS DE PROCESOS DE MANUFACTURA POR ARRANQUE DE VIRUTA

La tablas siguientes muestran los tipos de procesos de manufactura por arranque de viruta que se utilizan para realizar el mecanizado de piezas, de aqu se seleccionar el proceso para realizar el maquinado del molde de las palas del aerogenerador.Las tablas indican el tipo de proceso, la definicin del proceso, el equipo utilizado y su definicin. Tambin indican la herramienta a utilizar, as como su clasificacin, y por ltimo las operaciones que se efectan mediante cada proceso.La tabla No. 5.2 indica el proceso de manufactura por torneado.ProcesoDefinicin del procesoEquipo

TorneadoProceso de maquinado en el cual una herramienta de punta sencilla remueve material de la superficie de una pieza de trabajo cilndrica de rotacin.Se realiza en una maquina denominada torno.

Definicin del equipoClasificacin del equipoHerramienta

El torno es una mquina que suministra la potencia para tornear la parte a una velocidad de rotacin determinada con avance de la herramienta.Torno para herramientas.Torno de velocidad.Torno revlver.Torno mandril.Torno controlado numricamente.Se usa una herramienta de corte con un borde cortante simple destinado a remover material de una pieza de trabajo giratoria.

Definir herramientaPartes del equipoOperaciones realizadas

Son herramientas de punta sencilla y se utilizan para la operacin de roscado, sta se ejecuta con un diseo con la forma de la cuerda a producir.Cabezal.Contrapunto.Torreta.Carro transversal.Carro principal.Torneado cnico.Torneado de contornos.Torneado de formas.Roscado.Perforado. Taladrado.

Tabla No. 5.2. Proceso de manufactura por torneado. [19]La tabla No.5.3 Muestra el proceso de manufactura por taladrado.

ProcesoDefinicin del procesoEquipo

TaladradoEs una operacin de maquinado que se usa para crear agujeros redondos en una parte de trabajo.Taladro prensa.


Es la mquina estndar para taladrar.Taladro vertical.Taladro de banco.Taladro radial.Taladro mltiple.Broca

Definir herramientaClasificacin de la herramientaOperaciones realizadas

Es una herramienta de corte para hacer agujeros, sus dimetros oscilan entre 0.006 in y 3.0 in.Broca helicoidalAvellanado.Centrado.

Refrenteado.

Tabla No. 5.3. Proceso de manufactura por taladrado. [19]La tabla No. 5.4 indica el proceso de manufactura por cepilladoProcesoDefinicin del procesoEquipo

CepilladoProceso para producir superficies planas por medio de una herramienta de corte de un solo filo.Cepillo.


Es una mquina herramienta para cepillado, la velocidad de corte se logra por medio de una mesa de trabajo oscilante que mueve la parte posterior de una herramienta de corte de punta sencilla.Cepillo de mesa abierto lateralmente.

Cepillo de doble columna.Herramientas de corte de punta sencilla.


Es una herramienta de corte el cual pasa a travs de la pieza para ir eliminando material.Carril transversal.Cabeza de la herramienta.

Mesa de trabajo.

Columna.

Base.El cepillado se puede usar para maquinar otras superficies diferentes a las planas, la restriccin es que las superficies deben ser rectas.

Tabla No. 5.4. Proceso de manufactura por cepillado. [19]La tabla No. 5.5 indica el proceso de manufactura por medio del aserrado.

ProcesoDefinicin del procesoEquipo

AserradoEs el proceso mediante el cual se corta una hendidura angosta dentro de la parte de trabajo por medio de una herramienta que tiene una serie de dientes estrechamente espaciados.Segueta.


El corte de segueta involucra un movimiento de vaivn de la segueta contra la superficie de trabajo.Segueta.Sierra circular.

Sierra banda.Hoja de la sierra.

Definir herramientaClasificacin de la herramienta.Operaciones realizadas

Las hojas de las sierras tienen ciertas caractersticas comunes que incluyen la forma de los dientes, su espaciamiento y la disposicin de los mismos.Segn la forma de los dientes.Segn el espaciamiento.

Segn la disposicin de los dientes.Calado.Ranurado.

Corte abrasivo.

Aserrado por friccin.

Tabla No. 5.5. Proceso de manufactura por aserrado. [19]La tabla No. 5.6 muestra el proceso de manufactura por medio del rectificado.ProcesoDefinicin del procesoEquipo

RectificadoEs un proceso abrasivo ejecutado por un conjunto de barras abrasivas pegadas.Rectificadora.


El movimiento del equipo es una combinacin de rotacin y oscilacin lineal regulada, de tal manera que un punto dado de la barra abrasiva no repite la misma trayectoria. -------------------------------------Conjunto de barras abrasivas pegadas.


Es un conjunto de barras abrasivas pegadas, se usan cuatro barras pero su nmero depender del tamao del agujero.Juntas universales.

Impulsor.Lapeado o pulido.Superacabado. Abrillantado.

Tabla No. 5.6. Proceso de manufactura por medio del rectificado. [19]Y por ltimo la tabla No. 5.7 muestra el proceso de manufactura por medio de la fresa.ProcesoDefinicin del procesoEquipo

FresadoEs una operacin de maquinado en el cual se hace pasar una parte de trabajo enfrente de una herramienta cilndrica rotatoria con mltiples bordes o filos cortantes.Fresadora.


Las mquinas fresadoras deben tener un husillo rotatorio para el cortador y una mesa para sujetar, poner en posicin y hacer avanzar la parte de trabajo.Mquina fresadora vertical.Mquina fresadora horizontal.

Tipo bancada.

Tipo cepillo.

Fresas trazadoras.

Mquinas fresadoras CNC.Cortadores denominados fresas.

Definir herramientaClasificacin de la herramientaOperaciones realizadas

Son cortadores que se utilizan para eliminar material de una pieza de trabajo, se clasifican segn la operacin de maquinado que se vaya a efectuar.Cortadores cilndricos o fresas planas.Cortadores formadores o fresas formadoras.

Cortadores frontales o fresas frontales.

Cortadores para acabado o fresa terminal.Torneado.Perfilado.

Taladrado.

Escariado.Cepillado.

Aserrado.

Tabla No. 5.7 Proceso de manufactura por medio de la fresa. [19]El proceso de manufactura que se va a utilizar para realizar la operacin de maquinado del molde de las palas ser el de la fresadora, es importante sealar que esta operacin se realiza con la ayuda de la mquina de control numrico computarizado (CNC).5.5. SELECCIN DE LA MANUFACTURA ASISTIDA POR COMPUTADORA (CAM)

Manufactura Asistida por Computadora (CAM) comnmente se refiere al uso de aplicaciones de software computacional de control numrico (NC) para crear instrucciones detalladas (G-code) que conducen las mquinas de herramientas para manufactura de partes controladas numricamente por computadora (CNC). Los fabricantes de diferentes industrias dependen de las capacidades de CAM para producir partes de alta calidad.

Una definicin ms amplia de CAM puede ser el sistema que provee de informacin e instrucciones para la automatizacin de mquinas en la creacin de partes, ensambles, y circuitos; utilizando como punto de partida la informacin de la geometra creada por el CAD.En el terreno industrial CAD/CAM se refiere a la generacin automtica de cdigos CNC, es por eso que en un proceso de manufactura estos dos sistemas van de la mano.

En la actualidad existen sistemas de diseo asistido por computadora CAD siglas en ingles (Computer Aided Design) se utilizan para generar modelos con caractersticas de un producto determinado. Las caractersticas pueden ser el tamao, el contorno y la forma de los componentes, se almacenan en dibujos electrnicos ya sean bidimensionales o tridimensionales.

Una vez al tener los datos del producto, estos han sido introducidos y almacenados en el sistema y guardados en el sistema, el diseador tiene el control de manipularlos o modificar las ideas del diseo con muchsima facilidad, de esta manera pudiendo controlar el desarrollo del producto.A partir de unas especificaciones de fabricacin a detalle, los arquitectos e ingenieros crean modelos 3D mediante grficos generados por computadora, las piezas generadas por computadora son manipuladas para poder someterlas a infinidad de pruebas, y su forma puede ser modificada, antes de la fabricacin fsicamente del producto. Al poder tener d de conexin los sistemas CAD se conectan a equipos de fabricacin tambin controlados por computadora pudiendo conformar un sistema integrado CAD/CAM.Para el maquinado de piezas se han desarrollado varias tcnicas en los ltimos aos: Avances en las mquinas y herramientas. Control Numrico. Control Numrico Computarizado. Sistemas CAD/CAM.

El sistema CAD se cre a principios de los aos 60 en el laboratorio Lincoln (MIT) por Ivn Sutherland, y a finales de esta dcada comienza la integracin CAD/CAM.La figura No. 5.2 muestra en qu consiste el sistema CAD.

Figura No. 5.2. Sistema CAD. [20]La figura No. 5.3 indica el sistema CAM.

Figura No. 5.3. Sistema CAM. [20]El proceso de manufactura que se va a utilizar es el de fresado, mismo que se llevar a cabo por medio del sistema CAM, ya que mediante este sistema la mquina realizar cada una de las operaciones que se le ordenen a travs de los cdigos generados.Para realizar la operacin de desbaste y acabado del molde de las palas se emplear el uso de la fresadora de control numrico.Cabe sealar que el sistema CAD fue utilizado en el diseo del molde de las palas, ste fue realizado con la ayuda del software de diseo mecnico Autodesk Inventor Professional 2008.CONTROL NUMRICO COMPUTARIZADO (CNC)

El control numrico computarizado Es un dispositivo o control computarizado que se puede emplear para cualquier tipo de mquina de herramienta (torno o fresadora), donde las acciones son controladas mediante el procesamiento de informacin numrica o simblica, definida por intermedio de un programa. Est determinado como la operacin secuencial y dimensional de una mquina por medio de informacin numrica codificada y registrada en cintas perforadas, cintas magnticas o unidades de disco.FRESADORA POR CONTROL NUMRICO

Una fresadora es una mquina herramienta de fabricacin por arranque de viruta. Elimina material de un material bruto de partida utilizando cuchillas que rotan en torno a un eje, mientras que la pieza se mueve en las 3 direcciones del espacio (X-Y-Z). Esta combinacin de movimientos (rotacin y desplazamiento) crean la forma de la pieza deseada. Mediante los programas de Control Numrico (CNC) se puede producir ms rpido, eficaz y con ms exactitud. Recientemente se ha implantado los programas CAD/CAM, que permiten fabricar una pieza introducindole nada ms que el plano en un programa de CAD.

En el mecanizado por arranque de viruta se dan procesos de desbaste (eliminacin de mucho material con poca precisin; proceso intermedio) y de acabado (eliminacin de poco material con mucha precisin; proceso final cuyo objetivo es el de dar el acabado superficial que se requiera a las distintas superficies de la pieza). 5.6. GENERACIN DE CDIGOS MEDIANTE EL PROGRAMA CATIA V5En todo proceso automatizado se requiere de la ayuda de algn programa que permita realizar la operacin que se desee. Sin embargo se necesita de una orden de trabajo para poder realizarla, esta es la funcin primordial de los programas CAD/CAM. La caracterstica principal de este mtodo de programacin es el uso un sistema grfico basado en la computadora que interacta con el programador en el momento en el que el programa de la pieza est siendo preparado.Este tipo de programas ofrecen beneficios en comparacin de los mtodos de programacin manuales como por ejemplo; el diseo puede estar dentro del mismo sistema y no es necesario hacer transferencia de datos, es posible tener una base de datos que incluye los datos geomtricos y de manufactura de una gran cantidad de piezas, los movimientos de las herramientas pueden ser verificados y simulados paso a paso antes de ser enviados a la mquina de CNC.

El prototipo del molde de las palas fue realizado mediante el programa Autodesk Inventor Professional 2008, por lo tanto se debe exportar al programa Catia V5 para poder generar los cdigos de maquinado. Para poder hacer esto es necesario cambiar la extensin del archivo de Autodesk a Catia como se muestra.

De esta manera ser posible trabajar con el mismo archivo en diferente programa. Una vez hecho esto se procede a realizar una simulacin de maquinado de la pieza, que en este caso es un molde prototipo. Mediante el comando de operacin de maquinado se adjuntan los valores necesarios para realizar la simulacin, los cuales siguen el procedimiento.

1. Se introduce el valor del Stock que no es ms que un valor de referencia donde la mquina comenzar a trabajar. Hay que agregarle 10mm al valor de referencia del stock como medida de seguridad.

2. Se identifica el plano de seguridad, esto para que la mquina comience a trabajar a una cierta distancia evitando as que el cortador empiece girar antes del tiempo establecido. La distancia del plano de seguridad ser de 10mm.3. Se identifican los planos de referencia en la pieza, para que el cortador siga esa orden de trabajo. Regularmente se atribuyen los siguientes planos de referencia.

X= eje horizontal que representa la longitud total de la pieza.

Y= eje vertical que representa la anchura de la pieza.

Z= eje que representa el grosor de la pieza.

4. Se identifica el punto de inicio donde empezar a trabajar el cortador, generalmente se indica en el centro de la pieza.Despus se realiza la operacin simulada del desbaste, en el cual se determinan ciertos parmetros para el mismo. Los cuales son:

1. Profundidad de corte. En este caso ser de 3mm de profundidad para madera.2. Tipo de corte. El corte ser de tipo helicoidal.

3. Al igual que en el procedimiento pasado, hay que seleccionar los valores del stock, plano de seguridad, plano de referencia, punto de inicio, etc. Esto es para que las acciones queden registradas en el comando.

4. Tipo de cortador. En este caso como se refiere al proceso de desbaste se selecciona el cortador plano de 16mm.

Ahora se guarda la orden de trabajo y se prosigue con la operacin de acabado, el cual es similar al anterior diferencindose en el tipo de cortador que en este caso ser de tipo bola de 12mm, adems el paso entre cada corte ser de 0.5mm. Finalmente se ejecuta la opcin de simulacin de maquinado, en el cual se realizan los dos procesos y como resultado el programa Catia arroja los cdigos de maquinado. El cual tiene semejanza con el siguiente.

DESBASTE ACABADO

% O1000

N1 G0 G54 G90 X0 Y0

N2 T0001 M6

N3 Y-172.55 S1500 M3

N4 G43 Z9.668 H1

N5 Z6.692

N6 G1 G94 Z-3.308 F1500.

N7 Y-161.45

N8 X-915.

N9 Y161.451

N10 X915.%

O1000

N1 G0 G54 G90 X0 Y0

N2 T0002 M6

N3 X914.4 Y-161.45 S1500 M3

N4 G43 Z-47.597 H2

N5 G1 G94 Y-160.25 F1500.

N6 Y161.441

N7 X913.9

N8 Y-159.25

N9 Y-161.44

N10 X913.4

La maquina se mueve en tres direcciones como lo muestran los cdigos de trabajo. Cada nmero es una operacin y movimiento del cortador sobre la pieza.

Cabe recalcar que los cdigos son diferentes como se aprecia en el nmero remarcado con rojo, esto indica el tipo de operacin y el tipo de cortador. En el desbaste el comando T0001 indica operacin nmero 1 y herramienta de corte nmero 1. En cambio en el proceso de acabado se indica como T0002.90

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