proceso productivo de tiradores dobles...

PROCESO PRODUCTIVO DE TIRADORES DOBLES PARA MAMPARAS

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Equation Chapter 1 Section 1

Trabajo Fin de Máster

Ingeniería Industrial

PROCESO PRODUCTIVO

DE TIRADORES DOBLES

PARA MAMPARAS

Autor: Manuel Jesús Hurtado Alfonso

Tutor: Carlos Navarro Pintado

Dep. de Ingeniería Mecánica y Fabricación

Escuela Técnica Superior de Ingeniería

Universidad de Sevilla

Sevilla, 2016


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Proyecto Fin de Máster

Ingeniería de Industrial

PROCESO PRODUCTIVO DE TIRADORES

DOBLES PARA MAMPARAS

Autor:

Manuel Jesús Hurtado Alfonso

Tutor:

Carlos Navarro Pintado

Profesor titular

Dep. Ingeniería Mecánica y Fabricación

Escuela Técnica Superior de Ingeniería

Universidad de Sevilla

Sevilla, 2016


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Trabajo Fin de Máster: PROCESO PRODUCTIVO DE TIRADORES DOBLES PARA MAMPARAS

Autor: Manuel Jesús Hurtado Alfonso

Tutor: Carlos Navarro Pintado

El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros:

Presidente:

Vocales:

Secretario:

Acuerdan otorgarle la calificación de:

Sevilla, 2016

El Secretario del Tribunal


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A mi familia

A mis maestros


8

Agradecimientos

Agradezco este proyecto a mis padres Manuel y Consolación y a mi pareja María que me han apoyado

siempre al igual que el resto de mis familiares, a mis amigos del Máster y por supuesto también a mis

compañeros de la carrera de la Universidad de Huelva.

Agredecer también al equipo de Ibercool WaterBlocks que me hizo responsable de este proyecto, a la

Escuela Superior de Ingenieros y a sus profesores, y al Banco Santander que me facilitó las prácticas en

PYMES.

Manuel Jesús Hurtado Alfonso

Sevilla, 2016


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Resumen

Ibercool Water Blocks S.L es una empresa pionera en España en el diseño y fabricación en sistemas

de refrigeración líquida para ordenadores. A principios de 2014 se tomó la decisión de crear una

marca de mecanizados llamada Protemec como medio de financiación para la empresa principal,

ofertándose para el diseño y fabricación de prototipos o serie de piezas simples.

Este Trabajo Fin de Máster recoge el diseño, montaje del proceso productivo y fabricación de la

primera línea de producción en seria de tiradores dobles que se le encargó a la empresa, siendo el

alumno en prácticas Manuel Jesús Hurtado Alfonso responsable del proyecto.


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Índice

Agradecimientos 8

Resumen 10

Índice 12

Índice de Tablas 13

Índice de Figuras 16

1 Introducción 19 1.1. El proyecto 19 1.2. Objetivos 22

1.2.1. Fases de diseño 22 1.2.2. Fases de cálculo de costes 22 1.2.3. Objetivo del proceso productivo (Optimización de costes y obtener máximo beneficios) 22

2 Diseño de piezas y utillaje 23 2.1. Materiales 25

2.1.1. Latón BL-60-38-2 26

2.1.2. Aluminio aleación Zinc 7075 26 2.2. Diseño de piezas 27

2.2.1. Tirador 27 2.2.2. Separador 28 2.2.3. Apriete 29

2.3. Tornilleria y elementos auxiliares 29 2.4. Estudio de resistencia de piezas 31

3 Estudio económico 37 3.1. Aspectos cosiderados 37

3.1.1. Materiales 38 3.1.2. Recuperación de viruta 39 3.1.3. Costes de utillaje 40 3.1.4. Costes de mecanizado 42 3.1.5. Costes de esmerilado, pulido y cromado 43 3.1.6. Costes de tornillería y acesorios 44

4 Producción 45 4.1. Máquinas y herramientas 46

4.1.1. Haas SMiniMill 46 4.2. Selección de herramientas 49

4.2.1. Brocas 50 4.2.2. Fresas de acabado y desbaste 52 4.2.3. Roscado 53 4.2.4. Planeado 54

4.3. Fabricación de prototipos 56 4.4. CAM (Programa MasterCam) 57


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4.5. Fabricación con utillaje 60 4.5.1. Bridas 61 4.5.2. Fases del utillaje 62

4.6. Otros procesos 66

4.6.1. Tonzado de materiales 66 4.6.2. Lijado 68 4.6.3. Pulido 69 4.6.4. Decapado y limpieza de piezas 72 4.6.5. Cromado 72 4.6.6. Empaquetado 73

Conclusiones 74

Referencias 75

Anexos 76


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ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 2–1. Propiedades del latón 26

Tabla 2.2 Propiedades Aluminio aleación Zinc 7075 27

Tabla 2-3. Dimensiones arandela 30

Tabla 2-4. Dimensiones de los tornillos M4 con cabeza 30

Tabla 2-5. Dimensiones de los tornillos M4 sin cabeza 31

Tabla 3-1. Tabla de costes 38

Tabla 3-2. Coste por cada tirador doble 39

Tabla 3-3. Recuperación de virutas por cada tirador doble 40

Tabla 3-4. Costes de mecanizado 43

Tabla 3-5. Costes de esmerilado y pulido 43

Tabla 3-6. Costes del cromado 44

Tabla 3-7. Precios de las arandelas 44

Tabla 3-8. Precios de los tornillos 45

Tabla 3-9. Precios de tornillos sin cabeza 45

Tabla 4-1. Especificaciones técnicas de la Haas SMiniMill 49

Tabla 4-2. Especificaciones de la broca 51

Tabla 4-3. Especificaciones de la broca bidiametral 51

Tabla 4-4. Especificaciones de las fresas de acabado y desbaste 53

Tabla 4-5. Especificaciones de la fresa de roscado 54

Tabla 4-6. Especificaciones de planeadora con plaquitas intercambiables 55

Tabla 4-7. Especificación de la tronzadora 66


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ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1-1. Herraje 20

Figura 1-2. Perfiles 20

Figura 1-3. Codo 21

Figura 1-4. Tirador doble 21

Figura 2-1. Tirador doble 23

Figura 2-2. Sección tirador 24

Figura 2-3. Utillaje 24

Figura 2-4. Utillaje con bridas 25

Figura 2-5. Diseño del utillaje en SOLIDWORKS 25

Figura 2-6. Listones de latón 26

Figura 2-7. Tirador 28

Figura 2-8. Separador 28

Figura 2-9. Apriete 29

Figura 2-10. Arandela 29

Figura 2-11. Tornillo de rosca métrica M4 30

Figura 2-12. Tornillo de rosca métrica M4 31

Figura 2-13. Tensiones de Von Mises del tirador (Empujar) 32

Figura 2-14. Deformaciones del tirador (Empujar) 33

Figura 2-15. Tensiones de Von Mises del tirador (Tirar) 34

Figura 2-16. Deformaciones del tirador (Tirar) 35

Figura 2-17. Tensiones de Von Mises de los separadores 36

Figura 2-18. Deformaciones de los separadores 36

Figura 3-1. Apriete 37

Figura 3-2. Utillaje definitivo para la producción en serie 41

Figura 3-3. Bridas 42

Figura 3-4. Ecuación de costes de mecanizado 42

Figura 4-1. Haas SMiniMill. 47

Figura 4-2. Fresa de acabado, de desbaste, broca, macho de rosca y fresa de plaquitas. 50

Figura 4-3. Esquema de la broca 51

Figura 4-4. Esquema de la broca bidiametral 51

Figura 4-5. Esquema de las fresas de acabado y desbaste 52


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Figura 4-6. Esquema de la fresa de roscado 53

Figura 4-7. Esquema planeadora con plaquitas intercambiables 54

Figura 4-8. Mordaza para prototipos 56

Figura 4-9. Utillaje Mastercam 57

Figura 4-10. Toolpath del CAM 58

Figura 4-11. Mecanizado del utillaje 58

Figura 4-12. Condiciones en el software CAM 59

Figura 4-13. Bridas 60

Figura 4-14. Propiedades de las bridas 61

Figura 4-15. División por parte del utillaje 62

Figura 4-16. Zona “A” del utillaje 62

Figura 4-17. Zona “B” del utillaje 63

Figura 4-18. Zona “C” del utillaje 64

Figura 4-19. Tronzadora 65

Figura 4-20. Disco de corte de la tronzadora 67

Figura 4-21. Lijado de barras de latón 68

Figura 4-22. Cabina de pulido 69

Figura 4-23. Discos de pulido de algodón 69

Figura 4-24. Discos de mil-hojas 70

Figura 4-25. Pasta de pulido “R.T505 Rosa” 70

Figura 4-26. Limpieza después del pulido 71

Figura 4-27. Tiras de pvc para formar separadores 72

Figura 4-28. Empaquetado de separadores 73

Figura 4-29. Empaquetado de Tiradores 73


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1 INSTRUCCIÓN

bercool Water Blocks S.L es una empresa pionera en España en el diseño y fabricación en

sistemas de refigeración líquida para ordenadores. A principios de 2014 se tomó la decisión de

crear una marca de mecanizados llamada Protemec como medio de financiación para la empresa

principal, ofertándose para el diseño y fabricación de prototipos o serie de piezas simples.

Este Trabajo Fin de Máster recoge todo el proceso productivo de la primera línea de producción en

seria de tiradores dobles desde el diseño de las piezas hasta su fabricación, siendo el alumno en

prácticas Manuel Jesús Hurtado Alfonso responsable del proyecto.

TIRADOR DOBLE

1.1 Proyecto

Una importante empresa andaluza instaladora de mamparas, se pone en contacto con Protemec para

llevar a cabo el diseño y fabricación de un tirador doble. Protemec no es la primera vez que ha

negociado con dicha empresa, ya que esta ha contribuido en algunos de los herrajes, codos, perfiles,

embellecedores y otros tipos de tiradores de sus mamparas. Para que no quede duda, a continuación,

se aclarará qué se entiende por cada uno de los anteriores componentes nombrados y se mostrarán

algunas imágenes.

Los herrajes son componentes de las mamparas cuya función es sujetar los cristales.

I


20

Figura 1-1. Herraje

Por otra parte los perfiles son barras metálicas que forman la parte estructural de las mamparas. Se

obtiene por laminación, forja, estampación o estirado. Dichos perfiles se diferencian entre ellos según

su sección transversal.

Figura 1-2. Perfiles

Mientras que los codos son tipos de unión entre los perfiles, y estos varían dependiendo del tipo de

perfil utilizado.


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Figura 1-3. Codo

Centrándonos en los tiradores dobles, Protemec desea lanzar una línea “low-cost”, para poder

competir con los proveedores extranjeros como los asiáticos y así poder atacar nuevos sectores de su

mercado. Una vez estudiadas las ideas del cliente, se lleva a cabo el diseño, que más adelante se

explicarán detalladamente.

Figura 1-4. Tirador doble

Una vez acabado el diseño, se pasa a la fase de negociaciones para una producción en serie de las

diferentes piezas que componen el conjunto. En el capítulo 3 se explicará minuciosamente el cálculo

de los costes de cada uno de los elementos, la oferta realizada y los márgenes de beneficio en base a

las estimaciones de consumo mensual que proporcionó el cliente. La tercera parte del proyecto

constará de:

-Diseño de los métodos de fabricación para cada una de las piezas que forman el conjunto del

tirador doble, acondicionándose a los recursos de la empresa.


22

-Selección de las distintas herramientas necesarias para el mecanizado.

-Diseño y producción del utillaje para la fabricación del conjunto.

-Generación de los códigos máquinas con software CAM.

-Instauración de otros procesos

-Validación de todos os procesos

1.2 Objetivos

El objetivo de este proyecto consiste en el diseño y fabricación de un tirador doble, con el principal

propósito de minimizar los costes sin descuidar la calidad exigida por el cliente. Para poder

comprender las decisiones tomadas durante el proceso del proyecto, este se subdivide en diferentes

fases que, a continuación, se describirán.

1.2.1 Fase de diseño

Como su nombre indica, esta fase consiste en proyectar las dimensiones y funcionalidad del conjunto

que el cliente exige. Es importante conocer bien los recursos disponibles por la empresa. Cuando se

habla de recursos disponibles, nos referimos tanto a la maquinaria de la que consta la empresa con

sus respectivas herramientas (fresas, brocas…) como a la materia prima empleada (latón,

aluminio…). Hay que tener en cuenta que los proveedores disponen de una amplia gama de

secciones y dimensiones de estas materias primas, por lo se deben seleccionar materias similares o

iguales a las piezas a diseñar, es decir, deben ser ligeramente inferiores a múltiplos de 5 en secciones

cuadradas para optimizar los costes a la hora de mecanizar las piezas. Todo ello está detalladamente

explicado y desarrollado en el capítulo 2.

1.2.2 Fase de cálculo de costes

Se pretenderá dar una estimación lo más acertada posible a los costes y beneficios que tendrá la

empresa a la hora de llevar a cabo este proceso, ya que, con una estimación realista de los costes

para alcanzar el conjunto final, se pondrá precio final al producto para que los beneficios sean los

mayores posibles. En el capítulo 3 se ha desarrollado los cálculos y conclusiones oportunas.

1.2.3 Objetivos del proceso productivo (optimización de costes y obtener máximo beneficio).

Los objetivos del proceso productivo consisten en la optimización de costes del diseño del utillaje y

de los diferentes procesos necesarios para obtener los máximos beneficios.


23

2. Diseño de piezas y utillajes.

Para realizar un diseño eficiente es necesario conocer bien, tanto los requisitos que exige el cliente

como los recursos que se poseen en la empresa. Hay que buscar en el resultado final de producto, la

sencillez y la eficacia, sin dejar de lado la estética, ya que, se trata de un producto que se encuentra a

la vista. En el caso que nos ocupa, el tirador doble, está formado por 6 piezas diferentes:

Figura 2-1. Tirador doble

Además de las piezas que se muestra en la figura 2-1 se ha de destacar que el conjunto lo forman

también un tipo de arandela y dos clases de tornillos distintos, pero con igual rosca métrica (M4).

Más adelante, se detallarán las características más destacas de esos tornillos y de la arandela.

La tolerancia de cada una de las piezas debe ser bastante ajustada, entre 200 y 800 micras, de

manera que los elementos encajen perfectamente sin dificultad y que a su vez no haya excesivo juego

entre ellas.

Tanto los tiradores como los separadores son los únicos elementos que forman el conjunto que se

fabricarán en la empresa. Dichos elementos partirán de perfiles de barras de secciones cuadradas o

rectangulares para que la producción sea en serie. Así el mecanizado se realizará en el menor tiempo

posible, dando a lugar a que los costes de la producción sean menores y los beneficios sean mayores

para empresa. Sin embargo, los émbolos, las arandelas y la tornillería se adquirirán en otra empresa,

es decir, a través de proveedores de materiales, puesto que su coste será menor que si la empresa

Protemec lo fabrica.

Por ejemplo: el tirador (Figura 2-2.) tiene una sección rectangular de 10X20 mm2, por lo que el

perfil adecuado sería el que tuviera esas mismas dimensiones. En el caso de los separadores, son

necesarias barras de sección cuadrada de 15x15 mm2.


24

Figura 2-2. Sección tirador

Para los émbolos, se utilizarán barras con secciones circulares con un diámetro de 10 mm2. Como se

mencionó anteriormente, esta pieza ha sido fabricada por otra empresa por lo que ya tendrán un

estudio realizado para minimización de costes. Entre los productos que el proveedor ofrece a

Protemec, se encuentra los necesarios.

Otro punto muy importante en el diseño, es el utillaje (Figura 2-3.). Se denomina utillaje al conjunto

de instrumentos y herramientas que optimizan la realización de las operaciones de proceso de

fabricación, mediante el posicionamiento y sujeción de una pieza o conjunto de piezas a un sistema

de referencia, para poder ejecutar operaciones de diversa índole.

Figura 2-3. Utillaje

En este caso, se trata de un aluminio de aleación Zinc de 7075 compuesto por bridas de sujeción

(Figura 2-4.). En el apartado 4.5 se explicará explícitamente las partes en las que se divide el utillaje

y sus respectivas funciones.


25

Figura 2-4. Utillaje con bridas

Para el diseño de las piezas y del utillaje se ha utilizado el software SOLID WORKS, programa de

dibujo de CAD en 3D, ya que facilita enormemente la generación de planos y visualización de los

prototipos por parte del cliente. Además este mismo programa se ha utilizado para la presentación de

la oferta y para la generación de imágenes.

Figura 2-5. Diseño del utillaje en SOLIDWORKS

2.1 Materiales

Por decisión del cliente, el tirador doble será completamente de latón BL 60-38-2 aunque es

preferente que el conjunto esté totalmente cromado. Para el utillaje, se empleará un aluminio de

aleación de Zinc de 7075.

Aunque el cliente solo quiere el tirador doble de latón, la empresa también lo ha fabricado del mismo

material que el utillaje, es decir de aluminio de aleación de Zinc de 7075. Sobre todo para hacer un

pequeño estudio entre ambos y ver cuáles son las principales diferencias entre ellos.


26

2.1.1 Latón BL-60-38-2

El latón es uno de los materiales más populares para aplicaciones de fontanería y baños. Tiene una

buena resistencia a la corrosión, es fácil de cromar y es más económico que otros materiales con

propiedades similares. El latón utilizado, entra en la categoría de latones de segundo título al tener un

porcentaje de zinc de entre el 32% y el 39%. Tiene además un pequeño porcentaje de plomo (1-3%),

el cual es prácticamente insoluble en el latón y se separa en forma de finos glóbulos, lo que favorece

la fragmentación de las virutas en el mecanizado. El plomo también tiene un efecto de lubricante por

su bajo punto de fusión, lo que permite disminuir el desgaste de las herramientas de corte.

Tabla 2-1. Propiedades del latón

Figura 2-6. Listones de latón

2.1.2 Aluminio aleación Zinc 7075

La aleación de aluminio 7075 es conocida comercialmente como Zicral. Es una aleación de aluminio

con zinc como principal elemento de aleación. Su composición es de 5,1-6,1% zinc, 2,1-2,9%

magnesio, 1,2-2,0% cobre y pequeños porcentajes de silicio, hierro, manganeso, cromo, titanio y

otros metales. Sus principales características son: una aleación fuerte, con buena resistencia a la

fatiga frente a otros metales y facilidad de mecanizado. Una de sus desventajas es que no es soldable

y que tiene menos resistencia a la corrosión que muchas otras aleaciones.

Debido a su coste relativamente contenido, su uso es habitual en aplicaciones donde las


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características técnicas de aleaciones más baratas no son admisibles.

Tabla 2-2. Propiedades Aluminio aleación Zinc 7075

2.2 Diseño de piezas

A continuación se detallará la fase de diseño de las piezas a las que se le ha dado nombre de tirador,

separador y apriete.

2.2.1 Tirador

Los primeros elementos que nos ocupan son los tiradores, que como se muestran en la imagen

siguiente, son la pieza por la que tiramos o empujamos para poder abrir las puertas de las mamparas.

Este está compuesto por dos orificios con rosca métrica M4 por donde se unirán a los separadores.


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Figura 2-7. Tirador

2.2.2 Separador

Son las piezas que se encuentran situadas entre el tirador y el cristal. El conjunto lo forman cuatro

separadores posicionados simétricamente entre ellos. Su principal función consiste en que el tirador

este alejado del cristal para poderlo agarrar y poder abrir y cerrar las puertas de las mamparas con

mayor facilidad.

A continuación se muestra el plano de esta pieza:

Figura 2-8. Separador


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2.2.3 Apriete

Esta pieza también forma parte del conjunto, se ha diseñado sin problemas por la empresa, pero sin

embargo, la empresa tiene que optar por fabricarla en otro lugar debido a que estas piezas tienen

forma cilíndrica. Esto conlleva la utilización de un torno, y Protemec carece de esta máquina en su

taller.

Imagen 2-9. Apriete

2.3 Tornillería y elementos auxiliares

El resto del conjunto lo forman dos tipos de tornillos y un tipo de arandela. ESSENTRA es la

empresa proveedora de estos elementos, donde se puede encontrar una gran variedad de tornillería y

arandelas seleccionando previamente las óptimas.

Las arandelas van posicionadas entre el cristal y los separadores para que cuando se ejerza el

apriete no se dañen los cristales. Son necesarias 4 de estas arandelas para el conjunto. Sus

principales característica vienen recogida en la siguiente tabla.

Figura 2.10 Arandela


30

Tabla 2-3. Dimensiones arandela

Se ha decidido por este tipo de arandelas ya que poseen las dimensiones òptimas para

cuando se ponga entre el cristal y el separador estos no se dañen entre ellos y a su vez

queden totalmente ocultas.

Tornillos ISO de rosca métrica M4 se utilizan para unir los separadores a los tiradores. Son 4

de estos tornillos necesarios para unir cada uno de los 4 separadores a los tiradores.

Figura 2-11. Tornillo de rosca métrica M4

Tabla 2-4. Dimensiones de los tornillos M4 con cabeza


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Se han seleccionado estos tornillos porque presentan unas caracteristiticas adecuadas y

pueden soportar esfuerdos normales de cualquier persona.

Por último, los tornillos ISO de rosca métrica M4, se roscan en cada uno de los separadores,

permitiendo sujetar los émbolos (aprietes) que van dentro de estos. Así a medida que se

roscan, los tiradores tienden a “unirse” más al cristal. El conjunto está formado por 4 de estos

tornillos.

Figura 2-12. Tornillo de rosca métrica M4

Tabla 2-5. Dimensiones de los tornillos M4 sin cabeza

Se han seleccionado este tipo de tornillo porque quedan totamente ocultos en el separador

permitiendo realizar su función que como se ha mencionado antes es la sujeccion del émbolo.

2.4 Estudio de resistencia de piezas

Para comprobar el comportamiento de los tiradores y los separadores aplicándole una fuerza normal

con la que una persona emplearía para poder abrir la puerta de una mampara, se ha realizado un

estudio en elementos finitos utilizado el programa SolidWorks.

Este estudio se basa en las tensiones de Von Mises y deformaciones estáticas que pueden soportan

los tiradores y separadores.


32

Se ha considerado que la fuerza media con la que una persona puede ejercer para abrir una puerta es

de 100 N

La figura 2-13 muestra las tensiones de Von Mises del tirador. Se pude comprobar que la zona del

conjunto que más sufre es aquella que se encuentra entre el tirador y el separado, alcanzado un

máximo de 6,037 Mpa

Figura 2-13. Tensiones de Von Mises del tirador (Empujar)

La figura 2-14 muestra la deformación estática del tirador cuando se la aplica la misma carga. Para

poder ver mejor el comportamiento del tirador la escala de la deformación es de 500. Siendo la parte

central del tirador la que más se deforma


33

Figura 2-14 Deformaciones del tirador (Empujar)

Para el caso que se tire del tirador para poder abrir la puerta de la mampara se ha aplicado una fuerza

también de 100N. Se puede deducir que la tensión de Von mises máxima es 6,019 Mpa y que las

deformaciones son similares que en el caso que se empujara del tirador.


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Figura 2-15. Tensiones de Von Mises del tirador (Tirar)


35

Figura 2-16. Deformaciones del tirador (Tirar)

Para el caso del estudio de los separadores se aplica la misma fuerza de 100 N y las siguientes

imágenes se puede comprobar que tensiones de Von Mises soportan los separadores, las

deformaciones de estos y que zonas son las que más sufren.


36

Figura 2-17. Tensiones de Von Mises de los separadores

Figura 2-18. Deformaciones de los separadores


37

3 Estudio económico.

Una buena estimación de los costes es fundamental para este proyecto, para obtener los mayores

beneficios posibles, siempre y cuando el producto pueda hacerle competencia a otros productos

similares ofrecidos por otras empresas.

Este cálculo sirvió como base en la negociación de los precios con el cliente y fue decisivo en el

momento de tomar la decisión de qué era posible fabricar y qué no.

De las piezas de torneado, es decir, los aprietes (Imagen 3-1. Apriete) no se planteó un cálculo de

costes tan exacto, ya que, Protemec no dispone actualmente de un torno CNC y es necesario

subcontratar la fabricación de un tercero.

Figura 3-1. Apriete

Además, el cliente proporcionó unas estimaciones de consumo en función de sus planes de

producción, los cuales son importantes en algunos de los cálculos y sobre todo a la hora de estimar el

beneficio bruto potencial al mes.

3.1 Aspectos considerados

Es importante remarcar que los cálculos incluidos en este documento son los originales que se

hicieron antes de desarrollar por completo el proceso productivo, por lo que algunos no coincidieron

con los costes reales. Las diferencias más grandes son debido a la inexperiencia de la empresa en

ciertos ámbitos que el proyecto abordaba. Sin embargo, dichas diferencias no fueron lo

suficientemente elevadas como para hacer el proyecto inviable económicamente ya que la decisión

de llevarlo a cabo se tomó en base a un cálculo pesimista. En cada subapartado se mencionan las

dificultades de cada cálculo, los valores adoptados, las diferencias con los costes reales y las causas

de dichas diferencias.

Los aspectos que vienen a continuación son válidos solo para las piezas que Protemec era capaz de

fabricar sin la asistencia de un tercero, ya que esa negociación se abordó de una manera diferente.


38

Los costes se dividieron pues, en las categorías de Costes de materiales, Recuperación de viruta,

Costes de utillaje, Costes de mecanizado, Costes de esmerilado, pulido y cromado y Costes de

tornillería y accesorios.

La siguiente tabla muestra la notación necesaria para alguno de los cálculos realizados.

Símbolo Significado Valor Unidades

𝜌�𝐴� Densidad del aluminio 2.80 g/cm3

𝜌�𝐿� Densidad del latón 8.70 g/cm3

𝑐�𝐴� Coste aluminio 4.02 €/Kg

𝑐�𝐿� Coste latón 5.23 €/Kg

𝑉�𝑇� Volumen tocho inicial ····· cm3

𝑉�𝑃� Volumen de la pieza ····· cm3

𝑆�𝑃� Sección principal de la pieza ····· mm2

𝐷�𝑐� Distancia de corte ····· Mm

𝑐�𝑉�𝐴� Precio viruta de aluminio 0.65 €/Kg

𝑐�𝑉�𝐿� Precio viruta de latón 2.30 €/Kg

𝑟�𝑣� Factor de recuperación de viruta 0.9 ·····

Tabla 3-1. Tabla de costes

El Volumen de tocho inicial (𝑉�𝑇�) se considera el volumen necesario para fabricar una unidad. La

Sección principal (𝑆�𝑃�) es la sección del material de partida del que se va a fabricar la pieza. La

Distancia de corte (𝐷�𝑐�) es la distancia de material en el eje longitudinal del tocho que se pierde al

cortar una unidad de tocho del resto del material. El Factor de recuperación (𝑟�𝑣�) es la cantidad

aproximada de volumen de material desalojado que es posible recuperar en forma de viruta.

3.1.1 Materiales

Para calcular los costes de materiales se tomaron los valores del momento en el que se realizó esta

estimación. Dichos valores varían en función de los mercados cada pocos días. El aluminio y el latón

también se encontraba en un valor superior a la media anual por lo que nos encontramos en una

hipótesis pesimista. Para hacer el cálculo es necesario tener en cuenta tanto el volumen de material

necesario para fabricar una unidad como lo que se pierde en el corte producido al separar una unidad

de tocho de otra.


39

PARA UNA SOLA PIEZA

PIEZA VT(cm3) PL(g/cm3) CL(€/kg) Total (€)

Tirador 40 8,7 5,23 1,82004

Separador 4,68 8,7 5,23 0,21294468

CONJUNTO

PIEZAS UNIDAD Total (€)

Tirador 2 3,64008

Separador 4 0,85177872

TOTAL (€) 4,49185872

Tabla 3-2. Coste por cada tirador doble

Estas estimaciones fueron bastante exactas, sin embargo no se incluyó el volumen del material

perdido por los cortes de la tronzadora (aproximadamente 2,7 mm de listón por cada cada unidad,

dependiendo del tamaño de la pieza que se vaya a fabricar) lo cual supuso una pequeña desviación y

un leve incremento de los costes.

3.1.2 Recuperación de viruta

Al igual que los costes del material, la recuperación de viruta depende de las fluctuaciones del

mercado. Para tener una hipótesis pesimista, se consultó con varias empresas del sector y se eligieron

los valores inferiores de todos los consultados, ya que, no se poseía de un histórico de dichos valores

y por lo tanto no se podía estimar un valor medio anual.

Para calcular el volumen que ocupa cada pieza, se utilizó el propio software 3D cuyo valor

resultante es exacto. Se preveía, que parte del material desalojado se perdería de forma irremediable

(cortes en la tronzadora, viruta que se escape de la máquina o se pierda al transportarla, etc) por lo

que se introdujo el factor de recuperación rv y se le dio un valor del 90% (hipótesis pesimista).


40

PARA UNA SOLA PIEZA

PIEZA VT(cm3) VT(cm3) PL(g/cm3) CL(€/kg) Total €

Tirador 40 39,63 8,7 5,23 0,015

Separador 4,68 4,185 8,7 5,23 0,020

CONJUNTO

PIEZAS UNIDAD €

Tirador 2 0,03

Separador 4 0,08

TOTAL (€) 0,11

Tabla 3-3. Recuperación de virutas por cada tirador doble

Como se puede observar por cada conjunto que se fabrica, se recupera 11 céntimos de euros debido

al reciclaje del material. Además, también influye la negociación de los precios, ya que, es un

“beneficio” que el cliente no suele tener en cuenta a la hora de valorar un precio para una pieza.

3.1.3 Costes de utillaje

Para una producción en serie, la empresa se ayuda de un utillaje que se colocará dentro del CNC

Hass con sus respectivas bridas de sujeción. Para la producción este tipo de pieza, el utillaje que se

diseñado es el que se muestra en la siguiente figura 3-2 realizado con en el programas informático

SolidWorks.


41

Figura 3-2. Utillaje definitivo para la producción en seria

El precio del utillaje es de 500 euros. Al cliente se le da la opción de pagar dicho importe en un solo

pago o en pagos fraccionados. En este importe también entran los dos tipos de bridas que se

muestran a continuación (Figura 3-3.). Su principal función es sujetar las piezas al utillaje mientras

son mecanizadas y son proporcionadas por proveedores de la empresa. Se utiliza un tipo de brida

pero con tamaños diferentes, una grande y otra más pequeña. El capítulo 4 detallará las

características principales de cada una de ellas.


42

Figura 3-3. Bridas

3.1.4 Costes de mecanizado.

Para calcular los costes de mecanizado se tomaron los tiempos estimados para la fabricación de

prototipos, que son significativamente inferiores a los tiempos que se esperaban cuando se realizase

la producción con utillajes.

Se consideran solo los costes de tener a un operario trabajando en el proceso, los costes de

desgaste de herramientas y los costes eléctricos. Los costes están expresados por unidad, por lo

que hay que tener en cuenta que mediante el método de fabricación de prototipos se puede

obtener más de una pieza a la vez, dividiendo los costes entre dicho número de piezas. Se deben

tener en cuenta el número de posicionamientos 𝑁𝑝, el tiempo de posicionamiento 𝑡𝑝, el tiempo

estimado de mecanización por posición dado por el software CAM 𝑡𝑚𝑗 siendo j la posición, el

desgaste de herramientas 𝐶ℎ y los costes eléctricos 𝐶𝑒. Para los costes eléctricos se empleó

información de las piezas de la empresa principal Ibercool Water Blocks calculados en base a los

tiempos de mecanizado y al consumo de las máquinas-herramienta.

Se estimaron 20 segundos de posicionado de un bloque de prototipos y 7 €/hora de coste de operario.

C𝑢𝑑 (€

𝑢𝑑) = (𝑡𝑝 ∗ 𝑁𝑝 +∑𝑡𝑚𝑗

𝑗

) ∗7

3600+ 𝐶𝑒 + 𝐶ℎ

Figura 3-4. Ecuación de costes de mecanizado


43

PARA UNA SOLA PIEZA

PIEZA Np tp (s) tmj (s) 𝐶�ℎ (€/ud) 𝐶�𝑒�(€/ud) 𝐶�ud (€/ud)

Tirador 1 5 5 0,04 0,03 0,090

Separador 3 5 10-10-10 0,04 0,03 0,1575

Tabla 3-4. Costes de mecanizado

3.1.5 Costes de esmerilado, pulido y cromado

Se estimó que pulir o esmerilar cada pieza costaría 0,15 €/ud, en base a los costes reales que se

habían obtenido al aplicar dichos procesos a piezas de la empresa principal, Ibercool Water Blocks.

PIEZA UNIDADES PRECIO (€)

Tirador 2 0,3

Separador 4 0,9

TOTAL (€) 1,2

Tabla 3-5. Costes de esmerilado y pulido

Esta estimación se consideró pesimista, sin embargo el coste real fue incluso superior, como se verá

en el capítulo de procesos secundarios.

En cuanto al cromado, se estimó de la siguiente manera gracias a la información proveída por una

empresa local de tratamientos superficiales.


44

PIEZA UNIDADES PRECIO POR

UNIDAD (€)

PRECIO

TOTAL (€)

Tirador 2 0,4 0,8

Separador 4 0,2 0,8

TOTAL

(€) 1,6

Tabla 3-6. Costes del cromado

3.1.6 Costes de tornillería y accesorios

Estos costes son los más exactos ya que son proporcionados por los proveedores. Únicamente existe

una pequeña variabilidad, ya que, algunos proveedores ofrecen precios según el volumen, pero en

este apartado se recogen siempre los precios correspondientes a un pedido para abastecer el consumo

nominal estimado por el cliente, lo cual se considera una estimación pesimista ya que en algunas

piezas a largo plazo, sería posible reducir los costes planificando pedidos con más volumen, e incluso

buscando otros proveedores que solo trabajen con grandes cantidades.

Arandelas

Tabla 3-7. Precios de las arandelas

Tornillería:

- Tornillos de unión entre el tirador y el separador.


45

Tabla 3-8. Precios de los tornillos

- Tornillos para ejercer el apriete.

Tabla 3-9. Precios de tornillos sin cabeza

Como se puede observar en las tablas de precios de la tornillería y arandela anteriores, se puede

apreciar que a mayor número de elementos demandados al proveedor, más bajo es el precio por

unidad.

4. Producción

La producción en masa eficiente de las piezas diseñadas es el principal objetivo de este proyecto.

Este capítulo recoge las soluciones adoptadas, los recursos disponibles, los problemas encontrados y

sus soluciones. Como medio de producción, se tiene en cuenta la mecanización de piezas a través de

utillajes diseñados como soporte de la materia prima dentro de la maquinaria de control numérico, tal

y como se explicará a lo largo del capitulo.

También se incluye el método elegido para la fabricación de los primeros prototipos, ya que sirve de

guía para la introducción de futuras nuevas piezas y porque en el momento en el que se elaboró este

documento, seguía siendo el método estándar de producción para ciertas piezas con bajos pedidos de

reposición.


46

4.1 Máquinas herramienta

Las máquinas de Ibercool son de moldeo por arranque de viruta y disponen de tres ejes cartesianos

de movimiento. Además, son máquinas de control numérico (CNC), es decir, que son controladas

mediante comandos programados en un medio de almacenamiento y no de forma manual. Su

funcionamiento, se basa en el control de los movimientos de la herramienta de trabajo con relación a

los ejes de coordenadas de la máquina, usando un programa informático, ejecutado por un ordenador.

El equipo de control numérico se controla mediante un programa que utiliza números, letras y otros

símbolos, los cuales están codificados en un lenguaje apropiado para definir un programa de

instrucciones, para desarrollar una tarea concreta. Cuando la tarea cuestión varía, se cambia el

programa de instrucciones al deseado. La elaboración de dichos programas puede realizarse

manualmente en el propio panel de la máquina o generarlo a través de software especializados

(CAM), lo cual suele ser la práctica más común y sencilla.

Las máquinas CNC permiten la automatización programable de la producción y están diseñadas para

adaptarse a las variaciones en la configuración de productos. Su principal aplicación se centra en

volúmenes de producción medios de piezas sencillas y en volúmenes de producción medios y bajos

de piezas complejas. Permitiendo realizar mecanizados de precisión con la facilidad que representa

cambiar de un modelo de pieza a otro mediante la inserción del programa correspondiente y de las

nuevas herramientas que se tengan que utilizar, así como el sistema de sujeción de las piezas, que en

el caso que nos ocupa, son los llamados utillajes.

4.1.1 Haas SMiniMill

Potente centro de centro de mecanizado de la marca Hass que cuenta con un motor de 11,2 KW y un

sistema de lubricación de alta precisión para el mecanizado de todo tipo de materiales. Cuenta con

mecanizado de alta Velocidad, avances de hasta 30,5 m/min y cambiador de herramientas

automático. Es capaz de trabajar con precisión de una micra (0.001 mm) y además tiene excelentes

prestaciones en operaciones de roscado rígido. Su área de trabajo útil, que es el área por la que es

capaz de colocarse el centro del el eje de la herramienta, es de 305x406 milímetros.

La gran parte de las operaciones de mecanizados de este de este proyecto se realizan en esta

máquina, ya que es la más precisa con la que cuenta la empresa. Además, está preparada para el

posicionamiento de utillajes gracias a una placa anclada a la bancada con 4 pernos de posición, que

facilitan la colocación de dichos utillajes de forma precisa, evitando así, tener que utilizar aparatos de

posicionamiento 3D.

El carrusel porta-herramientas tiene capacidad para 10 herramientas, dando así mucho margen para

la fabricación es serie, ya que, ninguna de la piezas diseñadas requieren más de diez operaciones con

herramientas distintas para fabricarlas. Este límite superior se tuvo en cuenta en el diseño de piezas

optimizando siempre el número de herramientas necesarias para la fabricación.

A continuación, se muestran las especificaciones técnicas de la máquina, proveídas por el fabricante

Haas Autimation.


47

Figura 4-1. Haas SMiniMill.

MOVIENTOS SISTEMA AMERICANO SISTEMA MÉTRICO

Eje X 16" 406 mm

Eje Y 12" 305 mm

Eje Z 10" 254 mm

Spindle Nose to table (max) 14" 356 mm

Spindle Nose to table (min) 4" 102 mm

BANCADA SISTEMA AMERICANO SISTEMA MÉTRICO

Largo 36" 914 mm

Largo (Área de trabajo) 28.75"" 730 mm

Ancho 12" 305 mm


48

Ancho T-Slot 5/8" 16 mm

Distancia al centro T-slot 4.33" 110 mm

Número de canales T-Slot 3 3

Peso máximo de la bancada 500 lb 227 kg

SPINDLE SISTEMA AMERICANO SISTEMA MÉTRICO

Potencia Máxima 15 hp 11.2 KW

Velocidada Máxima 10000 rpm 10000 rpm

Par Máxima 17 ft-lb 4600 rpm 23 Nm 4600 rpm

Drive System Direct Speed Belt Drive Direct Speed Belt Drive

Taper CT/40 0BT/40 CT/40 0BT/41

Lubricación del cojinete Inyección de Aire/Aceite Inyección de Aire/Aceite

Refrigeración Aire Aire

FEED-RATES SISTEMA AMERICANO SISTEMA MÉTRICO

Eje x Rápido 1200 in/min 30.5 m/min

Eje y Rápido 1200 in/min 30.5 m/min

Eje z Rápido 1200 in/min 30.5 m/min

Corte Máximo 833 in/min 21.2 m/min

MOTO DE LOS EJES SISTEMA AMERICANO SISTEMA MÉTRICO

Empuje Máximo X 2000 lb 8896 N

Empuje Máximo Y 2001 lb 8897 N


49

Empuje Máximo Z 2002 lb 8898 N

CAMBIO DE HERRAMIENTAS SISTEMA AMERICANO SISTEMA MÉTRICO

Tipo Carrusel Carrusel

Capacidad 10 10

Máximo Diámetro Herramienta 3.5" 89 mm

Máximo Peso Herramienta 12 lb 5.4 Kg

Tiempo de cambio Medio 3 seg 4 seg

Chip-to-chip 3.8 seg 3.8 seg

GENERAL SISTEMA AMERICANO SISTEMA MÉTRICO

Requisitos de aire 4 scfm, 100 psi 113 L/min, 6.9 bar

Capacidad de refrigeración 24 galones 91 L

Tabla 4-1. Especificaciones técnicas de la Haas SMiniMill

4.2 Selección de herramientas

Por lo general, se escogieron herramientas de aceros rápidos (HSS), puesto que son más asequibles y

asimismo se adaptan más a los recursos del proyecto. Además, por el momento, se rechaza la idea de

adquirir herramientas con recubrimientos especiales para aumentar la durabilidad, a no ser que sea

estrictamente necesario. También se deben tener en cuenta aspectos como la profundidad a la que se

va a mecanizar, si existe la posibilidad de que el porta-herramientas toque la pieza, si se pueden

homogeneizar herramientas entre piezas, etc.

El latón escogido como materia prima lleva una pequeña cantidad de plomo, tal y como se explicó en

el apartado de materiales. Por lo general, las herramientas tipo UNI y tipo H (universales y materiales

duros) son idóneas `para trabajar este tipo de latón, aunque las tipo N (aleaciones no ferrosas en

general) también funcionan bien.

En cuanto al aluminio, el elemento que nos define qué tipo de herramientas podemos usar es el Si, el

cual se encuentra por debajo del 1,5% en el caso que nos ocupa, por lo que podríamos usar

herramientas del tipo N y W (aleaciones no ferrosas general)


50

Figura 4-2. Fresa de acabado, de desbaste, broca, macho de rosca y fresa de plaquitas.

El proveedor de herramientas de Ibercool y Protemec es WNT y todas las herramientas que a

continuación se van a clasificar se pueden encontrar en su catálogo.

4.2.1 Brocas

Para los agujeros se usan las brocas UNI y N. Es necesario tener en cuenta tanto los agujeros simples

como los agujeros previos a los roscados M5, M6 yM8 (4.2, 5 y 6.8 mm respectivamente). Además

hay que seleccionar cada una sabiendo hasta dónde va a tener que penetrar en el material, eligiendo

brocas para poca penetración y brocas para penetración profunda. Para los agujeros avellanados se

adquirió una broca bidiametral o escalonada de tipo N.


51

Figura 4-3. Esquema de la broca

Referencia Designación d1 H8

mm

l1

mm

l2

mm

d1 H8

mm Piezas

10122033

BROCA

HELICOIDAL

HSSE

VX.3,30.R.3D.~D

IN1897/1835A

TIN

3.3 50.0 25.0 3.3 Tirador

Separador

Tabla 4-2. Especificaciones de la broca

Figura 4-4. Esquema de la broca bidiametral

Referencia Designación d1

mm

d2

mm

l1

mm

l2

mm

l3

mm Piezas

10350060

Broca

escalonada hss

n.5,00.r.60°.wn

vap

5.0 12.5 71 16 33 Separador

Tabla 4-3. Especificaciones de la broca bidiametral

https://www.toolingcenter.com/ES/product/Catalogo%20principal/Taladrado/Brocas%20de%20HSS/Mango%20cil%C3%ADndrico/hasta%203xD/Tipo%20VX/BROCA%20HELICOIDAL%20HSSE%20VX-93-630-9R-93D-9-7DIN1897-1835A%20TIN%2010122033






https://www.toolingcenter.com/ES/product/Catalogo%20principal/Taladrado/Brocas%20de%20HSS/Mango%20cil%C3%ADndrico/Broca%20escalonada/BROCA%20ESCALONADA%20HSS%20N-95-600-9R-960%C2%B0-9WN%20VAP%2010350060





52

4.2.2 Fresas de acabado y desbaste

En el caso de las fresas de desbaste, se produce una excepción dentro de las reglas de austeridad

de este proyecto. Aunque en principio podrían haberse elegido las de tipo WR, se decidió

invertir en herramientas de mayor calidad de las estrictamente necesarias, con el objetivo de

prevenir reposiciones muy tempranas y mejorar las velocidades de corte. Se seleccionan las de

tipo NF para diámetros pequeños (desbaste + acabado) y NR para diámetros grandes (desbaste).

Ambas tienen rompevirutas lo cual ayuda su desalojo. En cuanto a las fresas de acabado, se

recurrió a las de tipo N sin recubrimientos, exceptuando una fresa de 16 mm que sí se compró

con recubrimiento de titanio por su gran importancia.

Figura 4-5. Esquema de las fresas de acabado y desbaste

Referencia Designación d1 K12

mm

l1

mm

l2

mm

l5

mm

k

mm

l3

mm Z

d2 h6

mm Piezas

20153160

FRESA DE

DESBAST

E HSS-E

NR-

SR.16,0.Z3.

30°.R.HB.K

16 92 32 44 0.9 32 16 16 Tirador

Separador

54159060

FRESA DE

DESBAST

E-

ACABADO

HSS-E

NF-

SS.6,0.Z4.3

0°.R.HB.K

TICN

6 57 13 21 0 13 4 6 Tirador

Separador


53

50111060

FRESA DE

ACABADO

HSS-E

N-

SC.6,0.Z4.3

0°.R.HB.L

6 68 24 32 0 24 4 6 Tirador

Separador

50104060

FRESA DE

ACABADO

HSS-E

N-

SC.6,0.Z4.3

0°.R.HB.EL

6 100 56 64 0 56 4 6 Tirador

Separador

54117160

FRESA DE

ACABAD

O HSS-E

N-

SC.16,0.Z4.

30°.R.HB.

K TICN

16

16 92 32 44 0 32 4 16 Tirador

Separador

Tabla 4-4. Especificaciones de las fresas de acabado y desbaste

4.2.3 Roscados

Para mecanizar las roscas, una vez hecho los agujeros previos, es necesario introducir el macho que

da forma a la misma.

Figura 4-6. Esquema de la fresa de roscado


54

Referencia Designación Paso

mm

l1

mm

l2

mm

l3

mm

d1

mm

d2

mm d0 mm Piezas

22498040

MACHO DE

MÁQUINA

HSS-PM SL

SALOREX

UNI

VG.M4.ISO2-

6H.DIN371-C

0.7 63 7 33 M4 4.5 3.3 Tirador

Separador

Tabla 4-5. Especificaciones de la fresa de roscado

4.2.4 Planeado

Para las operaciones de planeado se adquirió una fresa de plaquitas intercambiables, especialista en

metales no ferrosos. El diámetro de esta herramienta fue escogido con mucho cuidado, ya que debe

ser mayor que cualquier ancho de pieza que se quisiese planear. Son especialmente caras y afectará

más que ninguna otra herramienta al diseño del utillaje.

Figura 4-7. Esquema planeadora con plaquitas intercambiables

https://www.toolingcenter.com/ES/product/Catalogo%20principal/Roscado/Machos%20y%20Terrajas%20HSS%20-8%20HM/Machos%20de%20m%C3%A1quina/M/Agujero%20ciego/ISO%202%206H/blank/MACHO%20DE%20M%C3%81QUINA%20HSS-PM%20SL%20SALOREX%20UNI%20VG-9M4-9ISO2-6H-9DIN371-C%2022498040








55

Referencia Designación C

mm d1 mm

d2

mm

d4

mm

a

mm

A

mm Z

50744163

FRESA

FRONTAL

SIN

MANGO

MASTER-

MILL

A2740.63.R.0

9

63 22 48 68.7 3.8 40 9

Referencia Designación

d

mm 1 mm

r

mm d1 α

0 s

mm

Rotura

de

viruta

50459505

PLAQUITA

INTERCAM

BIABLE DE

FRESADO

DE METAL

DURO

OFHT

040305FN-

F10

CWK4615

9.52 3.94 0.5 3.35 25 3.18 -F10

Tabla 4-6. Especificaciones de planeadora con plaquitas intercambiables

4.3 Fabricación de prototipos

Antes de aceptar la oferta final para la fabricación en serie, el cliente demandó la fabricación de una

serie de prototipos tanto para comprobar cual era la calidad que Protemec era capaz de ofrecer como

para comprobar la funcionalidad real del conjunto viéndolo montado en las mamparas. Realizar estos

prototipos no fue una tarea sencilla. Se requería de un sistema que fuese compatible con todos los

diseños y que fuera lo suficientemente simple como para que los costes no se dispararan.

Finalmente, la solución a la que se llegó fue montar una mordaza en la máquina herramienta Haas

SMiniMill que ejerciese la fuerza suficiente como para sujetar la materia prima soportando los

esfuerzos de mecanizado. De esta manera se podrían fabricar de una sola vez, más de un prototipo ya

que la longitud de agarre de la mordaza es de entre dos y cuatro veces la longitud de la mayoría de

las piezas. De hecho, era aconsejable que el listón de partida sobresaliese de la mordaza por las dos

caras para poder rectificar los cortes del tronzado, que están realizados de forma manual y son mucho

más imprecisos que los cortes que es capaz de hacer una máquina de control numérico. Por otra


56

parte, se tendrían que hacer varios posicionamientos para cada prototipo ya que la máquina

herramienta es de solo tres ejes y los separadores requieren operaciones en distintas caras.

Esta solución supuso varios inconvenientes. Para comenzar, no había ninguna forma de posicionar

las caras superior e inferiores de la materia prima totalmente perpendiculares al eje Z de la máquina

ni de fijar la propia posición Z para que siempre fuese la misma, por lo que la precisión del

mecanizado caería de forma drástica.

Para solucionar este problema, se optó por fresar un labio en la mordaza que sirviera de apoyo. De

esta manera se puede posicionar fácilmente el eje Z y el eje Y de la máquina.

Figura 4-8. Mordaza para prototipos

Por último, quedaba posicionar el eje X en la máquina. Esto era más complicado ya que cada

prototipo requería una longitud de listón distinta. Fijar uno de los dos lados hubiese supuesto

renunciar a al menos una pieza en muchas de las series de prototipos para no dejarlas en voladizo al

posicionar el listón en la mordaza. Para solucionar este problema se optó por fabricar una serie de

posicionadores manuales para cada serie de prototipos. Así, se podía colocar el listón en la posición

deseada de manera rápida y sencilla quedando totalmente definidas las coordenadas de la máquina y

pudiendo realizar las operaciones necesarias con el Software CAM para la fabricación final de las

piezas.

Mencionar además que el método de fabricación por mordaza quedó como método estándar de

fabricación, ya que se consideró que la inversión económica que suponía fabricarles un utillaje

propio no compensaba el tiempo extra que se tardaba al fabricarlos de esta manera, al menos no a

corto/medio plazo.


57

4.4 CAM

Una vez definidas las operaciones, el posicionamiento, las herramientas y la maquinaria, es el

momento de generar el código-máquina que la máquina de control numérico necesita para saber qué

movimientos debe realizar, a qué velocidad y con qué herramientas para pasar de un tocho de

material a una pieza final.

Para generar dichos códigos se utiliza un software CAM, que no es más que una forma interactiva de

hacerlo indicando rutas de movimiento para las herramientas (toolpath) y velocidades, encargándose

el ordenador de construir el código necesario de forma automática.

Figura 4-9. Utillaje Mastercam

En la práctica, es en este momento cuando se introducen en el problema las condiciones de corte

tales como velocidad de corte, avance por diente, etc, y además es donde se sincronizan los orígenes

de coordenadas, teniendo siempre cuidado de cumplir las especificaciones del fabricante de

herramientas para no dañar las mismas. Lo que podría producir desde un incremento de los costes

estimados hasta ser catastrófico para la máquina en el peor de los casos.

Cabe mencionar que todas las operaciones que requieren la utilización de la máquina-herramienta

pasan por este proceso, es decir, que no se limita a la fabricación en serie de las piezas sino también a

la fabricación de los prototipos o de los propios utillajes.

En los programas realizados para la fabricación de prototipos y de utillajes en general, se busca la

sencillez en detrimento de mejores tiempos de operación, ya que no se espera hacer correr el

programa en la máquina más de dos o tres veces. El tiempo que dejas de ganar es muy inferior al

tiempo necesario para hacer un programa más optimizado y complejo.


58

Figura 4-10. Toolpath del CAM

Figura 4-11. Mecanizado del utillaje


59

En cuanto a los programas realizados para las piezas en los propios utillajes, cobra una importancia

vital la optimización de las operaciones de mecanizado, buscando las rutas más cortas para la

herramienta y las velocidades óptimas, lo cual aumenta la complejidad de la programación CAM.

Aunque a la larga puede suponer unos tiempos de producción mucho más reducidos, ya que dichos

programas optimizados se estarán ejecutando una y otra vez.

Figura 4-12. Condiciones en el software CAM

4.5 Fabricación con utillaje (Fases)

Para conseguir que una producción sea rápida y realmente beneficiosa para la empresa, es necesario

fabricar las piezas aprovechando al máximo los recursos disponibles. Para ello, se introduce el

concepto de utillaje para maquinaria de mecanizado. La aplicación de los utillajes permite:

Reducir los tiempos de fabricación, ya que al hacer varias operaciones a la vez, se gana

mucho tiempo en cambios de herramienta, posicionamiento, desplazamiento de herramientas

y tiempo de operario (al ser operaciones largas el operario puede dedicarse a otra tarea

mientras se ejecutan).

Disminuir los costes de producción, ya que muchos de ellos están directamente relacionados

con el consumo de tiempo.

Mayor precisión en la fabricación, ya que el utillaje tiene una geometría diseñada y

optimizada exclusivamente para las piezas que se van a fabricar.

Alto grado de uniformidad, puesto que hay poca variabilidad o margen de error al ser un

proceso mecánico y fácil de ejecutar una vez desarrollado.


60

Intercambiabilidad, gracias al sistema de posicionamiento, es sencillo colocar el utillaje sin

hacer mediciones especiales cada vez que se realice un cambio.

Se planteó la idea de fabricar el utillaje en acero, lo cual en teoría era mejor. Sin embargo, se descartó

esta idea por los costes tanto de las materia prima (el acero es más caro que el aluminio) como de las

herramientas necesarias para mecanizarlo. Además, el peso de un utillaje de acero hubiera obligado a

usar una pequeña grúa para trasladar los utillajes. En cambio, al ser de aluminio, un operario es capaz

de retirar la placa de forma manual.

Para el posicionamiento se contaba con otra placa que esta vez sí es de acero y está fija. Dicha placa

tiene cuatro pernos de posición, los cuales quedarían perfectamente encajados cuatro orificios

mecanizados previamente en el utillaje permitiendo posicionarlo de forma rápida y sencilla.

Por lo general, se intentó que un mismo utillaje sirviese para la fabricación de más de un tipo de

pieza, pero nunca se impuso este criterio si al buscar compatibilidad, se debía renunciar a capacidad

de producción o se debía malgastar material del estrictamente necesario.

Aunque solamente sea necesario ejecutarla una vez, fabricar un utillaje es una operación delicada, ya

que un error podría invalidarlo y hacer perder a la empresa tiempo y dinero. Por ello, es necesario

comprobar las geometrías varias veces y al fabricarlo, ejecutar las operaciones de forma pausada y

comprobando que no se haya cometido ningún error.

4.5.1 Bridas.

Para realizar un buen agarre en la materia prima, a la hora de realizar las operaciones de

mecanizado, es necesario invertir en bridajes que se ajusten a las dimensiones del utillaje y a los

esfuerzos que aplica el usillo sobre la pieza. Hay una gran gama de posibilidades y soluciones

plausibles pero una vez más, el criterio económico y la versatilidad fueron los que primaron con

respecto a otros criterios. Las bridas seleccionadas son la que aparecen a continuación en las

siguientes imágenes. Para emplearlas es necesario mecanizar el utillaje con una alta precisión

para su correcto funcionamiento (necesitan una geometría de apoyo muy concreta).

Figura 4-13. Bridas


61

Figura 4-14. Propiedades de las bridas

Estas bridas están hechas de acero y trasmiten mucha fuerza. Sin embargo, esta fuerza tiene una

componente horizontal y una vertical negativa, lo cual pega la pieza a la base del utillaje y la hace

ideal para usarla en planeados, operaciones sobre la cara superior y operaciones con esfuerzos

exigentes. Por el contrario, si el espesor de la pieza no es el adecuado, la brida no será capaz de

agarrarla. No hay que forzar demasiado el apriete o se corre el riesgo de dañar el utillaje. Al ser de

aluminio es lo que primero se deformará.

Para la producción de los tiradores y separadores se utilizarán las bridas con número de referencias

80500 (separadores) y 80750 (tiradores).

4.5.2 Fases del utillaje

Centrándonos en el utillaje, cabe destacar que está divido en dos fases separadas entres ellas por 3

canales de evacuación de virutas de profundidad 24 mm.

1º Fase en la que se mecanizan los tiradores a la que se le denomina con la letra “A”

2º Fase en la que se mecanizan los separadores. Esta fase se divide a su vez en dos denominándose

“B” y “C”.


62

En la siguiente imagen se puede comprobar las divisiónes del utillaje con las letras como se ha

mencionado anteriormente. Y más adelante, se explicará detalladamente como se mecanizan y se

obtienen las piezas.

Figura 4-15. División por parte del utillaje

Para los tiradores, los listones de latón deben tener una sección rectangular de 10x20 mm y una

longitud superior a 200 mm. En el caso de los separadores que se mecanizan en la parte “B” y “C” se

parte de listones de latón de 15x15 mm con una longitud superior a 154,8 mm. Los listones deben ser

más largos porque por los extros se pasará la fresa para darle un acabado de longitud adecuada.

El proceso de producción de la zona “A”:

Se colocan 8 listones de latón y 12 bridas (80750) en sus respectivos lugares como

muestra la siguiente imagen.

Figura 4-16. Zona “A” del utillaje

Se pasa la planeadora a la z = 1 mm por toda la zona “A” para que mecanice los 8 listones. Además,

se les hace rectificado lateral para que tengan la longitud exacta.


63

En las zonas perforadas de los listones. Primero se hace un vaciado de diámetro

10,55 mm y de profundidad 1,55 mm , utilizando las fresas de desbaste y acabado

adecuadas.

Una vez se hallan terminados los vaciados, se realizan las perforaciones con diámetro

M3 para después hacer las rocas con un machoa una profundidad de 7,3 mm.

Por último se quitan las bridas para poder sacar los tiradores.

El proceso de producción de la zona “B”

Esta fase se caracteriza por dividir los listones de latón en pequeñas piezas prismáticas con

dimensiones 15x15x20,80 mm. Luego, estas piezas pasarán a la zona “C” donde se terminarán de

mecanizar y se obtendrá el resultado final de los separadores.

Se colocan 4 listones de latón y 12 bridas (80500) como muestra la siguiente imagen.

Se pasar la planeadora a la z = 1 mm por toda la zona “B”.

Figura 4-17. Zona “B” del utillaje

Para el corte de los listones en 6 fragmentos, se utilizan 5 canales diseñados en el útil

apropósito para no dañarlos y efectuar el corte si problemas. Para ello se utilizará fresas de

desbaste y acabado de 6 m de diámetro.

Se retirarán las bridas y los 24 piezas del resultado final de esta fase con una dimensiones

cada una de ellas de 15x15x20,8 mm.


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El proceso de producción de la zona “C.

Esta última fase se caracteriza por hacerle a cada una de las piezas obtenidas en la fase “B” sus

respectivos vaciados y asentamientos para que encajen seguidamente con los tiradores.

Figura 4-18. Zona “C” del utillaje

Se pueden mecanizar hasta 36 piezas procedentes del resultado final de la fase “B”. Se

colocan verticalmente y se posicional las bridas (80500) como se muestra en la en la figura 4-

18.

Se realiza un vaciado a cada una de las piezas con un con diámetro de 9,9 mm y con una

profundidad de 18,85 mm. Para ello, se utilizarán fresas de desbaste y acabado de 6 m de

diámetro.

Una vez finalizado el paso anterior, se utiliza una fresa bidiametral, para hacerle a cada uno

de los separadores el orificio pasante.

Por último, se giran 180 grado todas la piezas para mecanizarlas por su cara opuesta y

hacerles los asentamientos de diámetro 9,9 mm a una profundidad de 1,2 mm.


65

4.6 Otros procesos

4.6.1 Tronzado de materiales

El proceso productivo lleva consigo una seria de procesos secundarios que completan el producto

final. Estos procesos secundarios tienen unos costes y unos tiempos de ejecución que no son nada

despreciables, sino que son tan importantes como las operaciones de mecanizado. En este apartado

de detallará minuciosamente cada uno de estos procesos, y explicando los motivos por los que la

empresa realiza este tipo de proceso en cada momento. Se ha de tener en cuenta que para la

realización de cualquier tipo de tarea habrá que ir equipado con una ropa, guantes y calzado

adecuado. Y además, no se podrá llevar ningún tipo collares, anillos ni ropa ancha.

Figura 4-19. Tronzadora


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Como se explicó en los capítulos anteriores, las piezas parten de listones de latón de secciones

cuadradas e incluso circulares. Cuando el proyecto comenzó, la empresa disponía de maquinaria y

herramientas que permitían cortar listones de forma rápida, precisa y segura, en los segmentos

necesarios para que una vez tronzados estos segmentos, puedan ser introducidos en el utillaje con

posterior mecanizado. En la siguiente tabla 4-7. se muestran las especificaciones de la tronzadora.

Motor 1800W

230V

Corte

compuesto

a 45º

305x35

mm Tope de

inclinación 0º y 45º izq/der

Velocidad 500 rpm Precisión 0,500 mm Peso 18 Kg

Diametro

del disco 250 mm

Corte

combinado

45º+45º izq.

215x35

mm

Dimensiones

empaquetado

LxWxH

760x460x385

mm

Capacidad

de corte a

0º

305x65

mm

Angulo de

parada

automática

0º-22,5º-

31,62º-45º

izq/der Referencia 3700209502400

Ángulo de

corte a 45ª

215x65

mm

Tabla 4-7. Especificación de la tronzadora

Cabe mencionar que cada corte del disco sobre un listón, eliminaba unos 3 mm del material, lo cual

es necesario tomar en consideración a la hora de realizar los cálculos de material necesario para la

reposición de las piezas. A la hora del reciclaje, es difícil medir con exactitud cuánto se recupera de

viruta en cada corte, ya que la tronzadora al no tener un receptáculo, la expande por la mesa del

taller y por el suelo mezclándose a su vez con otro tipo de viruta. Esta viruta de materia prima se

consideraba de baja calidad por diversos motivos. Además, la empresa de reciclaje rechazará este

tipo de viruta al considerarla de baja calidad debido al estar mezclada con otro tipo de material y

restos de suciedad cuando es recogida del suelo y la mesa.

Los discos de corte tienen un coste aproximado de 25 euros dependiendo del proveedor.


67

Figura 4-20. Disco de corte de la tronzadora

Como se mencionó anteriormente, inclusive de la ropa, guantes y calzado adecuado, es obligatorio

estar equipado cuando se utiliza la tronzadora con gafas o mascara para proteger los ojos de los

posibles impactos y cascos acústicos como protección auditiva.

4.6.2 Lijado

Una vez se hayan tronzado las barras de latón, estas deben ser lijadas antes de ser introducidas en la

Hass. Con el lijado, lo que se pretende es dar uniformidad a las distintas superficies sobre las que se

trabaja. De este modo, en operaciones posteriores, la pintura tendrá una buena adherencia y un brillo

exento de irregularidades en la pintura como rayados, surcos y ondulaciones.

Para ello la empresa cuenta con una Lijadora de disco de la marca Boss.

En este proceso, la empresa hace una subdivisión de 3 fases dependiendo del tamaño de grano: papel

de lija 120, 320 o 1000 respectivamente.

Este número identificativo va referido al número de granos en una superficie. A menor sea en

número de granos, mayores son estos y mayor desgate producirá.

Este proceso dura aproximadamente 30 minutos en total, siendo 10 minutos cada fase. De este modo,

en operaciones posteriores, la pintura tendrá una buena adherencia y un brillo exento de

irregularidades en la pintura como rayados, surcos y ondulaciones.

El lijado da lugar, como se sabe, al degaste de materia en forma de polvo, luego, es obligatorio

utilizar equipo de protección adecuado de taller. Es obligatorio emplear mascarilla y mascara o

gafas.


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Figura 4-21. Lijado de barras de latón

4.6.3 Pulido

El pulido es una de las operaciones más importantes y que más impacto tiene en los costes dentro de

los procesos secundarios. Desempeña un papel súper importante en el acabado final de las piezas.

Cuando sean cromadas dependerán principalmente de si han sido previamente bien pulidas.

La empresa cuenta en sus instalaciones con una cabina con extractores de aire (Figura 4-22.). En el

interior de esta cabina podemos encontrar dos pulidoras:


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Figura 4-22. Cabina de pulido

Los discos de pulidora empleados para la producción de los tiradores dobles son los siguientes:

Discos de algodón

Figura 4-23. Discos de pulido de algodón


70

Disco de mil-hojas para pulir las piezas en muy poco tiempo con grandes deformidades o

ralladuras que la lijadora no pudo quitar. Aproximadamente para 1 de cada 25 piezas en este

proceso es necesario emplear este tipo disco.

Figura 4-24. Discos de mil-hojas

Para acelerar este proceso de pulido se utiliza pasta de pulir. Esta se le aplica a los disco de la

pulidora una vez estén girando para que actúen de abrasivo. Hay una gran variedad de pastas

dependiendo del material que se quiera pulir. Como las piezas son del latón, la pasta más adecuada es

la “R.T.505 Rosa".

Sus aplicaciones: Pulido de alto brillo universal para todos los metales pero en especial acero, acero

inoxidable y latón. Alto poder de corte y rendimiento. En la mayoría de los casos se consigue en una

sola operación presentar la pieza ya acabada sin necesidad de repulido.

Figura 4-25. Pasta de pulido “R.T505 Rosa”


71

En las piezas de latón, el pulido es muy costoso, por lo que los tiempo de pulidos son superiores que

los de mecanizado, ya que, hay que pulir todas las caras de la piezas.

Por último, es muy importante mencionar el equipamiento necesario para el operario, para no poner

en peligro su salud. Es obligatorio guantes especiales de aislamiento térmico (las piezas alcanzan

temperaturas muy elevadas mientras son pulidas), monos de trabajo de cuerpo entero, gafas o careta

y mascarillas de protección.

4.6.4 Decapado y limpiado

Una vez finalizado el proceso de pulido las piezas suelen contener restos de pasta de pulir. Estos

restos podrían afectar gravemente al proceso de cromado ya que las acumulaciones más grandes

pueden impedir que el níquel se adhiera correctamente, lo cual dañarían el acabado final. Aunque la

empresa de cromado aplica un baño de limpiado previo, en la práctica, esos baños no son capaces de

eliminar todos los restos y la empresa tendría que limpiarlas con paño una a una y los costes subirán

considerablemente. Debido a lo anterior, se ha decidido aplicar un decapante en el mismo taller y

antes de enviar las piezas a cromar para asegurar la calidad final de los productos sin subir mucho los

costes. El decapante que se utiliza es gasolina disuelta un poco en agua.

Figura 4-26. Limpieza después del pulido

4.6.5 Cromado

El cromado es la técnica de depositar mediante galvanostegia una fina capa de cromo sobre un objeto

de otro metal. La capa de cromo proporciona resistencia frente a la corrosión, incrementa su dureza

superficial y estética. Este proceso lo realiza otra empresa a parte prestando sus servicios a la

nuestra.

El proceso en sí consiste en aplicar una capa de níquel mediante electrolisis. A continuación, la pieza


72

se sumerge en una solución electrolítica anódica adecuada, que contiene cromo, el cual se va

depositando en la piza niquelada, en presencia de un catalizador. Una solución de ácido crómico, en

un alto grado de saturación, se utiliza como electrolito. Las superficies de las piezas que se van a

cromar deben estar perfectamente limpias y pulidas porque cualquier defecto superficial se verá

remarcado al terminar este proceso. La rapidez de depósito del metal es comparativamente lenta por

lo que las piezas deben permanecer en el tanque varias horas para obtener una buena capa.

4.6.6 Empaquetado

El correcto empaquetado es esencial para que el esfuerzo dedicado de lugar a que las piezas lleguen

en las mejores condiciones al cliente. Estás pueden sufrir impactos en el traslado creando muescas y

rayones. Además, el envio a la empresa de cromado era particularmente sensible, ya que, cualquier

defecto producido en el traslado puede significar la perdida de la pieza al quedar dicho defecto muy

resaltado tras el tratamiento superficial.

Para ese traslado, la empresa diseñó y fabricó unos separadores de pvc para que las piezas no se

dañasen.

Figura 4-27. Tiras de pvc para formar separadores

En las siguientes imágenes se muestran los dos tipos de empaquetados, uno para los tiradores y otro

para los separadores.


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Figura 4-28. Empaquetado de separadores

Figura 4-29. Empaquetado de Tiradores


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CONCLUSIONES

El tirador:

Dado que el cliente ya traía una idea concebida del diseño del tirador, no hubo que hacer objeciones

con respecto a sus dimensiones o al material de fabricación. Las exigencias del cliente fueron: latón

como material de fabricación y cromado, como acabado, quedando a elección de la empresa, el tipo

de latón a utilizar.

Un detalle relevante seria la fabricación de la pieza émbolo, que fue fabricada por otra empresa

debido a la ausencia de un torno en Protemec.

Elementos auxiliarles:

Según las exigencias del cliente, las arandelas y la tornillería debían ser de goma para evitar daños

entre el tirador y el separador al concluir su unión y de aluminio respectivamente, adquiridos a un

bajo coste en empresas proveedoras.

Estudio de tensiones y deformaciones:

Los resultados obtenidos en los estudios de von mises y deformaciones fueron un éxito, ya que la

fuerza ejercida por una persona no fueron capaces de provocar deformaciones en la pieza.

El utillaje:

Se ha realizado un estudio profundo de optimización del utillaje para la obtención de mayor número

de piezas por cada ciclo. Con respecto a la elección del material de este, quedó en manos de la

empresa.

De presupuesto:

El cliente sugirió un presupuesto aproximado de gastos por cada conjunto, al que la empresa intentó

ajustarse quedando el cliente totalmente satisfecho.

Para finalizar este apartado de conclusiones, han de ser mencionadas las herramientas, la maquinaria

y los programas software, que durante todo el proceso de fabricación, se ajustaron a las necesidades

demandadas.


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REFERENCIAS

Ibercool WaterBlocks. http://www.ibercool.com/es/

Protemec.http://protemec.es/

WNT.http://www.wnt.com/es.html

Broncesval. http://www.broncesval.com/

Essentra Componentes.http://www.essentracomponents.es/

Haas. http://www.haascnc.es/

Solid Works. http://www.solidworks.es/

Gilma http://www.plateadosgilma.es/


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ANEXOS

proceso productivo de tiradores dobles...

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