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ESCUELA TCNICA SUPERIOR DE INGENIERA (ICAI)
GRADO EN INGENIERA ELECTROMECNICA
ESPECIALIDAD MECNICA
PROYECTO TCNICO-ECNMICO DE
DISEO DE UNA MQUINA VIBRATORIA
PARA EL ACABADO DE PIEZAS
Autor:Javier Llorente HernndezDirector:Mariano Jimnez Calzado
MadridMayo 2014
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AUTORIZACIN PARA LA DIGITALIZACIN, DEPSITO Y DIVULGACIN EN ACCESORESTRINGIDODEDOCUMENTACIN
1.Declaracindelaautorayacreditacindelamisma.
ElautorD. Javier LlorenteHernndez,como Ingenierodegradode laUNIVERSIDADPONTIFICIA COMILLAS (COMILLAS), DECLARA que es el titular de los derechos depropiedadintelectual,objetodelapresentecesin,enrelacinconlaobraPROYECTO
FINALDE
GRADO:
DISEO
DE
UNA
MQUINA
VIBRATORIA
PARA
ACABADO
DE
PIEZAS
DEDIFERENTESMATERIALESquestaesunaobraoriginal,yqueostentalacondicindeautorenelsentidoqueotorgalaLeydePropiedadIntelectualcomotitularnicoocotitulardelaobra.En caso de ser cotitular, el autor (firmante) declara asimismo que cuenta con elconsentimientode los restantes titulares parahacer lapresente cesin. En caso depreviacesina tercerosdederechosdeexplotacinde laobra,elautordeclaraquetiene la oportuna autorizacin de dichos titulares de derechos a los fines de estacesinobienqueretienelafacultaddecederestosderechosenlaformaprevistaenlapresentecesinyasloacredita.
2.
Objeto
y
fines
de
la
cesin.
Con el fin de dar la mxima difusin a la obra citada a travs del RepositorioinstitucionaldelaUniversidad yhacerposiblesuutilizacindeformalibreygratuita(con las limitaciones que ms adelante se detallan) por todos los usuarios delrepositorioydelportaleciencia,elautorCEDEalaUniversidadPontificiaComillasdeformagratuitaynoexclusiva,porelmximoplazo legaly conmbitouniversal, losderechos de digitalizacin, de archivo, de reproduccin, de distribucin, decomunicacin pblica, incluido el derecho de puesta a disposicin electrnica, tal ycomosedescribenenlaLeydePropiedadIntelectual.Elderechodetransformacinsecedealosnicosefectosdelodispuestoenlaletra(a)delapartadosiguiente.3.Condicionesdelacesin.
Sin perjuicio de la titularidad de la obra, que sigue correspondiendo a su autor, lacesin de derechos contemplada en esta licencia, el repositorio institucional podr
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(a)Transformarlaparaadaptarlaacualquier tecnologasusceptiblede incorporarlaainternet;realizaradaptacionesparahacerposiblelautilizacindelaobraenformatoselectrnicos, as como incorporar metadatos para realizar el registro de la obra eincorporarmarcasdeaguaocualquierotrosistemadeseguridadodeproteccin.(b) Reproducirla en un soporte digital para su incorporacin a una base de datoselectrnica,incluyendoelderechodereproduciryalmacenar laobraenservidores,a
losefectos
de
garantizar
su
seguridad,
conservacin
ypreservar
el
formato.
.
(c) Comunicarla y ponerla a disposicin del pblico a travs de un archivo abiertoinstitucional,accesibledemodolibreygratuitoatravsdeinternet.1(d)Distribuircopiaselectrnicasdelaobraalosusuariosenunsoportedigital.2
4.Derechosdelautor.
El autor, en tanto que titular de una obra que cede con carcter no exclusivo a laUniversidadpormediodesuregistroenelRepositorioInstitucionaltienederechoa:a)AquelaUniversidadidentifiqueclaramentesunombrecomoelautoropropietariodelosderechosdeldocumento.
b)Comunicar
ydar
publicidad
ala
obra
en
la
versin
que
ceda
yen
otras
posteriores
atravsdecualquiermedio.
c)Comunicarlayponerlaadisposicindelpblicoatravsdeunarchivoinstitucional,
accesibledemodorestringido,enlostrminosprevistosenelReglamentodel
RepositorioInstitucional
1Enelsupuestodequeelautoropteporelaccesorestringido,esteapartadoquedararedactadoenlos
siguientestrminos:
2Enelsupuestodequeelautoropteporelaccesorestringido,esteapartadoquedaraeliminado.
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d) Recibir notificacin fehaciente de cualquier reclamacin que puedan formularterceraspersonasenrelacinconlaobray,enparticular,dereclamacionesrelativasalosderechosdepropiedadintelectualsobreella.5.Deberesdelautor.
Elautorsecomprometea:a) Garantizar que el compromiso que adquiere mediante el presente escrito noinfringe ningn derecho de terceros, ya sean de propiedad industrial, intelectual ocualquierotro.b)Garantizarqueelcontenidodelasobrasnoatentacontralosderechosalhonor,ala
intimidadyala
imagen
de
terceros.
c)Asumir toda reclamacin o responsabilidad, incluyendo las indemnizaciones pordaos, que pudieran ejercitarse contra la Universidad por terceros que vieraninfringidossusderechoseinteresesacausadelacesin.d)Asumirlaresponsabilidadenelcasodequelasinstitucionesfuerancondenadasporinfraccindederechosderivadadelasobrasobjetodelacesin.6.FinesyfuncionamientodelRepositorioInstitucional.
Laobrasepondradisposicinde losusuariosparaquehagandeellaunusojustoyrespetuosoconlosderechosdelautor,segnlopermitidoporlalegislacinaplicable,ycon finesdeestudio, investigacin,ocualquierotro fin lcito. Condicha finalidad, la
Universidadasume
los
siguientes
deberes
yse
reserva
las
siguientes
facultades:
a) DeberesdelrepositorioInstitucional:
LaUniversidad informara losusuariosdelarchivosobre losusospermitidos,ynogarantizaniasumeresponsabilidadalgunaporotrasformasenquelosusuarioshaganunusoposteriordelasobrasnoconformeconlalegislacinvigente.Elusoposterior,msalldelacopiaprivada,requerirquesecitelafuenteysereconozcalaautora,quenoseobtengabeneficiocomercial,yquenoserealicenobrasderivadas. LaUniversidadnorevisarelcontenidodelasobras,queentodocasopermanecerbajo la responsabilidadexclusivadelautory noestarobligadaaejercitaracciones
legalesen
nombre
del
autor
en
el
supuesto
de
infracciones
aderechos
de
propiedad
intelectualderivadosdeldepsitoyarchivodelasobras.ElautorrenunciaacualquierreclamacinfrentealaUniversidadporlasformasnoajustadasalalegislacinvigenteenquelosusuarioshaganusodelasobras. La Universidadadoptarlasmedidasnecesariasparalapreservacindelaobra enunfuturo.
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b)Derechos que se reserva el Repositorio institucional respecto de las obras en lregistradas: retirarlaobra,previanotificacinalautor,ensupuestossuficientementejustificados,oencasodereclamacionesdeterceros.
Madrid,a27deMayode2014
ACEPTA
Fdo
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Proyecto
realizado
por
el
alumno/a:
JavierLlorenteHernndez
Fdo.: Fecha:26/05/2014
Autorizadalaentregadelproyectocuyainformacinnoesdecarcterconfidencial
ELDIRECTORDELPROYECTO:
MarianoJimnezCalzado
Fdo.: Fecha:26/05/2014
VBdelCoordinadordeProyectos
JESSRAMNJIMNEZOCTAVIO
Fdo.: Fecha:27/05/2014
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ESPECIALIDAD MECNICA
PROYECTO TCNICO-ECNMICO DE DISEODE UNA MQUINA VIBRATORIA PARA EL
ACABADO DE PIEZAS
Autor:Javier Llorente HernndezDirector:Mariano Jimnez Calzado
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Diseo de una mquina vibratoria para el acabado de piezas.
Autor: Javier Llorente HernndezDirector: Mariano Jimnez Calzado
Entidad Colaboradora: ICAI Universidad Pontificia Comillas
Resumen del proyecto
Introduccin
Actualmente prcticamente cualquier pieza producida en la industria requiere un
proceso de pulido y acabado superficial, ya sea como terminacin de la pieza o como
etapa previa al pintado, laqueado, etc.
Antiguamente este proceso quedaba relegado a la habilidad y experiencia de unoperario, sin embargo, en la actualidad a la hora hablar de grandes producciones, se
hace necesario encontrar procesos ms rpidos y econmicos.
Es por ello que cada vez se hace ms importante investigar en nuevos mtodos de
acabado y mejorar los ya desarrollados.
El objeto de este proyecto es desarrollar una mquina vibratoria para el acabado de
piezas.
Metodologa
Para el desarrollo del proyecto ha realizado previamente un estudio completo de todos
los mtodos de acabado de piezas por abrasin que hay actualmente en el mercado as
como el campo de la vibracin con el fin de desarrollar una mquina que desarrolle conla mayor eficiencia posible el trabajo que se le requiere.
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Una vez obtenidos los conocimientos necesarios se ha decidido desarrollar una mquina
vibratoria basada en un depsito toroidal sometido a vibracin que permita el acabado
de piezas de cualquier material mediantes piedras abrasivas. La fuente vibratoria es un
motor de 2,2Kw que hace girar un eje excntrico acoplado al motor, mediante un
acoplamiento elstico, a 1500rpm.
Para el diseo de cada una de las piezas que componen la mquina se han realizado
previamente todos los clculos necesarios (elementos significativos del sistema de
vibracin, dimensionamiento de la bancada, dimensionamiento del eje frente a fatiga y
fuerzas centrfugas, dimensionamiento de las excntricas, etc). Una vez finalizado el
diseo de la mquina se han realizado simulaciones de las piezas ms importantes
comprobando que los clculos realizados han sido correctos
A la hora de la realizacin del diseo se ha tenido en cuenta aportar facilidad de montaje
y desmontaje de las piezas en caso de avera de una pieza sin ser necesario actuar o
desmontar sobre la mayora del resto de las piezas. De esta forma se ha diseado un
soporte interior a la cuba, donde est ubicado el eje con sus rodamientos, permitiendo la
extraccin de dicha carcasa en el caso de cambio de rodamientos sin tener que
desmontar toda la cuba.
Dos de las excntricas que componen el eje vibratorio pueden extraerse y cambiarse de
posicin con facilidad con el fin de poder variar la amplitud de la frecuencia
dependiendo del material de la pieza o del tipo de acabado que se quiera realizar.
Mediante un canal en forma de espiral con cierta inclinacin se consigue un continuo
movimiento, tanto de rotacin como de traslacin. La mezcla abrasiva y las piezas
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seguirn el recorrido del canal en sentido ascendente y se repetir este proceso hasta que
la pieza este finalmente terminada. Este proceso cclico de avance se consigue con un
portillo de separacin que permanecer abierto siempre que se quieran reconducir las
piezas al fondo de la cuba para que vuelvan a hacer un nuevo ciclo.
La cuba esta soportada por unos muelles de compresin montados a su vez sobre la
bancada, permitiendo que quede totalmente fijada y evitando que la vibracin llegue a la
bancada. Para acceder de forma cmoda al motor situado en el interior de la bancada, se
ha montado una puerta en ella permitiendo el acceso interior a la bancada.
Dado el gran nivel de ruido producido por estas mquinas (pudiendo llegar a los 140
dB), se ha diseado una carcasa exterior con un recubrimiento acstico con el fin de
aislar totalmente la mquina del exterior.
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Una vez finalizado el diseo y montaje se ha realizado el plano de las piezas ms
significativas as como el plano de conjunto, lista de materiales y hojas de fases.
Para la realizacin del presupuesto se va a disponer de un taller de fabricacin con
todas las mquinas necesarias y el valor de cada una de las partidas de cada mquina. Se
va a calcular el coste total de tres piezas significativas de dificultad diferente ( sencilla,
normal, difcil) y mediante extrapolacin del valor del coste/kilo de cada una de estas
tres piezas se va a calcular el coste del resto de las piezas.
Resultados
Se ha conseguido desarrollar una mquina que permite el acabado superficial de las
piezas de forma satisfactoria y aportando una gran comodidad a la hora del montaje y
desmontaje as como consiguiendo un ambiente de trabajo cmodo y saludable gracias ala carcasa de recubrimiento acstico que consigue aislar perfectamente el ruido
provocado por la vibracin dentro de la cuba de trabajo
Los resultados obtenidos en los clculos son los siguientes:
Dimetro del eje de valor 40mm
Constante K de cada uno de los 18 muelles de valor 652616
Dimensiones
de
las
excntricas(
100x90mm,
e=20mm)
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Fuerzacentrfugaproducidaporlasexcntricasdevalor21,889KN
El coste del precio de venta del producto obtenido en el presupuesto es de 10677,53
Euros con un beneficio aplicado del 10%.
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Design of a vibratory machine forpart finishing.
Author: Javier Llorente Hernndez
Director: Mariano Jimnez Calzado
Institution: ICAI Universidad Pontificia Comillas
Abstract
Introduction
Currently, almost any piece produced in industry requires a polishing process and
surface finishas part of the final process in the construction of the piece or as a preludeto paint, lacquering, etc
Formerly, this process was relegated to the skill and experience of the operator.However, currently, when we are talking about big productions, it is necessary to find
faster and cheaper processes.
For this reason, it is important to investigate new finishing methods and to improve
those already existing.
The purpose of this project is to develop a vibratory part finishing machine.
Methodology
Firstly, a research of all methods of piece finishing by abrasion and vibration that are
currently on the market was made in order to develop a machine of finishing parts.
After obtaining the necessary knowledge, it was decided to develop a vibrating machinebased on a toroidal tank that is subject to vibration to allow the finishing of all materials
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by abrasive stones. The vibration source is a 2.2 Kw motor that rotates an eccentric
shaft coupled to the motor through a flexible coupling at 1500rpm.
For the design of each component of the machine all necessary calculations were
previously performed (significant elements of the vibration system, dimensioning the
shaft against centrifugal forces and fatigue, dimensioning of eccentric parts, etc).
Once the design is completed it has been performed machine simulations of the most
important pieces checking that calculations were correct.
At the time of creating the design, it has been taken into account that in order to easily
assembly and disassembly the parts of the machine in case of failure of a piece, without
the need for the removal of the rest of the pieces. It has been designed a support of the
shaft placed inside the tank, allowing the extraction of the support in case of change
bearings without dismantling the whole tank.
Two of the eccentric pieces can be removed and easily positioned in another position to
vary the amplitude of the frequency depending on the material the part is made of or the
type of finish you want to perform.
Through a spiral channel with a certain inclination, a continuous movement is achieved.
The abrasive mixture and the pieces follow the channel upstream until the pieces are
finished. This repeating process of advancement is achieved with a separation flap that
will keep open until the process is finished.
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The tank is supported by compression springs mounted on the bed, preventing the
vibration form reaching the bench. To access the engine located inside the bed, a door is
mounted on the bed.
These machines produce noise levels up to 140dB. A shell with an acoustic coating was
designed to completely isolate the machine from the outside.
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Once the design and installation was completed, drawings of the most important pieces
and the assembly drawings, a list of materials and worksheets phases were made.
For the realization of the budget, there will be a manufacturing shop with all the
necessary machines and the value of each of the items in each machine. The total cost of
three significant pieces of different difficulty (easy, normal, hard) has been calculated
and, by extrapolation and with the value of the cost / kilo of each of these three parts,
the cost of the other parts was calculated.
Results
A machine that allows surface finishing of the parts was successfully developed,
providing great comfort at the time of assembly and disassembly as well as a
comfortable and healthy environment thanks to the shell with an acoustic coating tocompletely isolate the machine from the outside.
The results of the calculations are the following:
Shaft diameter of 40mm value
Value of the Constant K of each of the 18 springs = 652616 N/m
Dimensions of the eccentric (100x90mm, e = 20mm)
Value of Centrifugal force produced by the eccentric = 21,889KN
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The cost of the sale price of the product obtained in the budget is 10,677.53 Euros with
an applied 10% profit.
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NDICEDELPROYECTO
DOCUMENTON1,MEMORIA........................................................................................................3
DOCUMENTON2,PLANOS..........................................................................................................95
DOCUMENTON3,PLIEGODECONDICIONES............................................................................121
DOCUMENTON4,PRESUPUESTO.............................................................................................139
DOCUMENTON5,REFERENCIAS...............................................................................................159
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DOCUMENTO
N
1,
MEMORIA
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DOCUMENTON1,MEMORIA
NDICEGENERAL
1.MEMORIADESCRIPTIVA............................................................................................................13
1.1.Descripcingeneraldelproyecto.......................................................................................15
1.1.1.Introduccindelproyecto...........................................................................................15
1.1.2.Objetivosdelproyecto................................................................................................15
1.2.1.Acabadosuperficial.....................................................................................................16
1.2.2.Procesos
Qumicos
.......................................................................................................
17
1.2.2.1.Desengrasado.......................................................................................................17
1.2.2.1.1. Desengrasadoconsolventes........................................................................17
1.2.2.1.1.1 Desengrasadoconsolventesen lquidofrooencaliente....................17
1.2.2.1.1.2. Desengrasado porvapordesolventes.................................................18
1.2.2.1.1.3. Desengrase consolventesportrapeo..................................................18
1.2.2.1.2.Desengrasealcalino.......................................................................................18
1.2.2.2.Decapado
..............................................................................................................
18
1.2.2.2.1.Decapadocondisolucionesdecidosulfrico.............................................19
1.2.2.2.2.Decapadocondisolucionesdecidoclorhdrico..........................................19
1.2.2.2.3.Decapadocondisolucionesdecidofosfrico.............................................20
1.2.2.2.4.Decapadoporaspersin................................................................................21
1.2.2.2.5.Decapadoporinmersinentanque..............................................................21
1.2.3.Procesosmecnicos:....................................................................................................22
1.2.3.1.Granalladora.........................................................................................................22
1.2.3.2.Rectificadora.........................................................................................................23
1.2.3.3.Tamborrotativodepulido...................................................................................25
1.2.3.4.Mquinavibratoria...............................................................................................26
1.2.3.5.Caractersticasyventajasdelosdiferentessistemasmecnicos........................27
1.2.4.PulidoElectroltico.......................................................................................................28
1.3.Materialesutilizadosparaelacabadosuperficial..............................................................29
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1.3.1.Abrasivos.....................................................................................................................29
1.3.1.1
Abrasivos
metlicos
...............................................................................................
30
1.3.1.2.Abrasivossintticos..............................................................................................31
1.3.1.3.Abrasivoscermicos.............................................................................................32
1.3.1.4.Abrasivosplsticos...............................................................................................33
1.3.1.5.Cscaradenuez....................................................................................................34
1.3.1.6.Granosdemaz.....................................................................................................35
1.3.2.Compuestosqumicos.................................................................................................35
1.4Vibraciones
..........................................................................................................................
37
1.4.1.Vibracinmecnica.....................................................................................................37
1.4.2.Frecuencianatural.......................................................................................................38
1.4.3.Amortiguamiento........................................................................................................38
1.4.5.Elementoselsticos.....................................................................................................39
1.5.DiseoMquinavibratoria.................................................................................................40
1.5.1.1Mquinavibratoria................................................................................................40
1.5.1.2.Formas
de
obtencin
ytransmisin
de
la
vibracin
ala
cuba
de
trabajo
...........
41
1.5.1.2.1.Motorvibratorio............................................................................................41
1.5.1.2.2.Ejevibratorio.................................................................................................42
1.5.1.2.3.Ejeexcntrico................................................................................................43
1.5.1.3.Partesprincipalesdelamquinavibratoria.........................................................44
1.5.1.3.1.Motorvibratorio............................................................................................45
1.5.1.3.2. Cuba..............................................................................................................45
1.5.1.3.3. Eje.................................................................................................................46
1.5.1.3.4. Contrapesos..................................................................................................46
1.5.1.3.4.Muelleshelicoidales.....................................................................................46
1.5.1.3.4. Bancada........................................................................................................46
1.5.1.4.Elementosauxiliaresdelamquinavibratoria....................................................47
1.5.1.4.1.Tamizdeseparacin......................................................................................47
1.5.1.4.2.Trampillaseparadora.....................................................................................47
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1.5.1.4.3.Revestimientoacstico.................................................................................48
1.5.1.4.4.
Dosificador
de
agua
y
disolvente
qumico
.....................................................
49
1.5.1.4.5.Medidasdeevacuacindelquidos..............................................................49
1.5.2.Diseodelamquinavibratoria.................................................................................49
1.5.2.1.Ejeexcntrico:......................................................................................................52
1.5.2.2.Excntricas............................................................................................................53
1.5.2.3.Rodamientos.........................................................................................................54
1.5.2.4.Soportesrodamientos..........................................................................................55
1.5.2.5.Carcasa
eje
excntrico
..........................................................................................
55
1.5.2.6.Muelles.................................................................................................................56
1.5.2.7.Bancada................................................................................................................57
1.5.2.8.Recubrimientoacstico........................................................................................57
1.5.3.Montaje.......................................................................................................................58
2.CLCULOS..................................................................................................................................67
2.1.Clculodelpesodelacubaconabrasivos.........................................................................69
2.2.Clculo
ydimensionamiento
del
sistema
de
vibracin.
.....................................................
72
2.3.Dimensionamientodelespesordelabancada..................................................................80
2.4.Dimensionamientodeleje.................................................................................................82
3.ESTUDIOECONMICO...............................................................................................................91
3.1.Introduccin.......................................................................................................................93
3.2.Realizacindelpresupuesto...............................................................................................93
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NDICEDEFIGURAS
Figura1Decapadoporaspersin..................................................................................................21
Figura2Decapadoporinmersinentanque................................................................................22
Figura3Rectificadoratangencial..................................................................................................24
Figura4Tamborrotativo...............................................................................................................25
Figura5Campanarotativa............................................................................................................26
Figura6Pulidoelectroltico...........................................................................................................29
Figura7Abrasivos
..........................................................................................................................
30
Figura8tablaabrasivosmetlicos................................................................................................31
Figura9Abrasivossintticos.........................................................................................................32
Figura10Abrasivossintticos.......................................................................................................33
Figura11Abrasivosplsticos.........................................................................................................34
Figura12Cscaradenuez.............................................................................................................34
Figura13Granosdemaz..............................................................................................................35
Figura14
Compuestos
qumicos....................................................................................................
36
Figura15Mquinavibratoria........................................................................................................40
Figura16Motorexcntrico...........................................................................................................42
Figura17Ejevibratorio.................................................................................................................43
Figura18levaseguidor....55
Figura19Funcionamientoexcntrica seguidor...........................................................................44
Figura20Motorexcntrico...........................................................................................................45
Figura21Tamizdeseparacin......................................................................................................47
Figura22Trampillaseparadora.....................................................................................................48
Figura23Revestimientoacstico..................................................................................................48
Figura24Dimensionamiento........................................................................................................51
Figura25Ejeexcntrico................................................................................................................53
Figura26Excntricas.....................................................................................................................54
Figura27Rodamientodecontactoangular..................................................................................54
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Figura28Soportesrodamientos...................................................................................................55
Figura
29
Carcasa
eje
excntrico
...................................................................................................
56
Figura30muellehelicoidal............................................................................................................56
Figura31Bancada.........................................................................................................................57
Figura32Recubrimientoacstico.................................................................................................58
Figura33Montaje1......................................................................................................................59
Figura34Montaje2......................................................................................................................60
Figura35Montaje3......................................................................................................................61
Figura36
Montaje
4......................................................................................................................
61
Figura37Montaje5......................................................................................................................62
Figura38Montaje6......................................................................................................................63
Figura39Montaje7......................................................................................................................64
Figura40Montaje8......................................................................................................................65
Figura41Montaje9......................................................................................................................66
Figura42Pesocuba.......................................................................................................................69
Figura43
Esquema
sistema
vibratorio
..........................................................................................
72
Figura44Respuestaenfrecuencia................................................................................................74
Figura45Respuestaenfrecuencia2.............................................................................................74
Figura46esquemaexcntrica.......................................................................................................76
Figura47DiagramadeBode.........................................................................................................78
Figura48CdigoMatlab...............................................................................................................79
Figura49Dimensionamientobancada1.......................................................................................80
Figura50Dimensionamientobancada2.......................................................................................81
Figura51Dimensionamientobancada3.......................................................................................82
Figura52Dimensionamientoeje1................................................................................................82
Figura53Dimensionamientoeje2................................................................................................83
Figura54LneadeinfluenciaA......................................................................................................84
Figura55LneadeinfluenciaB......................................................................................................84
Figura56LneadeinfluenciaC......................................................................................................84
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Figura57LneadeinfluenciaD.....................................................................................................84
Figura
58
Lnea
de
influencia
D
con
cargas
1
................................................................................
85
Figura59LneadeinfluenciaDconcargas2................................................................................85
Figura60DiagramadeMohr.........................................................................................................88
Figura61Medidasexcntrica........................................................................................................90
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1.
MEMORIA
DESCRIPTIVA
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1.1.
Descripcin
general
del
proyecto
1.1.1.
Introduccin
del
proyecto
Actualmenteprcticamentecualquierpiezaproducidaen la industriarequiereunprocesode
pulido y acabado superficial, ya sea como terminacin de la pieza o como etapa previa al
pintado,laqueado,etc.
Antiguamenteesteprocesoquedabarelegadoa lahabilidadyexperienciadeunoperario,sin
embargo, en la actualidad cuando hablamos de grandes producciones, se hace necesario
encontrarprocesosmsrpidosyeconmicos.
Esporelloquecadavezsehacems importante investigarennuevosmtodosdeacabadoy
mejorarlosyadesarrollados.
Losprimerossistemasfueron losrotativosdepulido,sumndoseposteriormente lossistemas
vibratorios.Estosprocesospermitenobtenergrandesproduccionesdepiezasacabadasycon
bajoscostosdeelaboracin.
1.1.2.Objetivosdelproyecto
El objetivo de este proyecto es desarrollar unamquina vibratoria basada en un depsito
sometidoavibracinquepermitaelacabadodepiezasdecualquiermaterialmediantepiedras
abrasivas. Paraello,serealizarelestadodelartedetodoelcampodelacabadoporabrasivos
ascomounestudiodelossistemasvibratoriosytodaslasvariablesqueintervienen.
Unavezadquiridos losconocimientosnecesariospararealizareldesarrollode lamquina,se
disearaen3DgraciasalprogramaSolidEdgecadaunodeloscomponentesquelaconstituyen
as como su montaje. Previamente se realizarn todos los clculos necesarios para su
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dimensionamiento.
Posteriormente
se
realizar
el
plano
de
conjunto
y
algunos
planos
de
las
piezas
ms
representativas,ascomolalistademateriales,hojasdefasesypresupuestodelproyecto.
1.2.Clasificacindelosdistintostiposdeacabadosuperficial
1.2.1.Acabadosuperficial
Es importante tener claro antes de comenzar con el desarrollo del proyecto que cualquier
procesoquemodifiqueanivelmicroscpico larugosidad,porosidad,brillo,etcdeunapieza
determinada, sin alterar su forma a nivel macroscpico, implica un sistema de acabado
superficial.Existenungrannmeroderazonesporlasquesenecesitanprocesosdeacabadode
superficie.Estosmotivospuedendebersea:
Limpiezadeforma generaldediferentespiezas.
Aportarunaproteccinalapiezacontralaoxidacinocorrosin
Embellecerlasuperficiedelapieza
Permitirsumanipulacinsinriesgoparaeloperario
Mejorarlascaractersticasderesidenciaaldesgastedelmaterialbase
Mejorarelprocesodeajuste,paraqueenconjuntoconotraspiezas,puedanfuncionar
correctamenteenmecanismososistemasmviles.
Losprocesosutilizadosvarios,peronormalmentesepuedenclasificaren tresgrupos:
Procesosqumicosdelimpieza,desengrasadoydecapado
Procesosmecnicosmanuales,semiautomticosoautomticos.
Procesosdepulidoyacabadoenformaelectroltico. [1]
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1.2.2.ProcesosQumicos
1.2.2.1.
Desengrasado
Eltratamientodedesengrasadosuelesernecesarioparaeliminar losresiduosproducidospor
aceitesygrasassobrelasuperficiedelapieza.Estetratamientoconsisteenintroducirlaspiezas
enbaosdesengrasantesconagentestensoactivos, cuyaeficaciadependedelaconcentracin
deldesengrasante,deltiempodeltratamientoydelatemperaturaalaqueesteserealiza.
Eldesengrase
es
de
gran
importancia
antes
de
proceder
aotros
procesos
posteriores
como
el
decapado, el fosfatizado o el pintado, ya que una quedar pequea pelcula de grasa que
quedaseenlapiezapodra generarrecubrimientosdepocaadherenciao impedirlaformacin
delapelcula.
1.2.2.1.1. Desengrasadoconsolventes
Algunossolventes,comoel industrialoel tolueno,han llegadoatenergranaceptacinen la
industriagraciasasu fcilmanejoyelbuenresultadoqueobtieneconellos.Eldesengrasecon
disolventespuederealizarsedetresmanerasdiferentes:
1.2.2.1.1.1 Desengrasadoconsolventesen lquidofrooencaliente
Consiste en la inmersin de las piezas en el disolvente en un recipiente adecuado. Este
disolventedebesercambiadotras lautilizacindeesteunnmero limitadodeveces.Estose
debeaquelagrasayaceitequesedesprendendelapiezapuedenesparcirsesobrelasnuevas
piezasadesengrasar,yporconsiguienteanularelefectodeldisolvente.
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1.2.2.1.1.2. Desengrasado porvapordesolventes
Estedesengrasadoconsisteenexponerlapiezaalvapordelsolventegeneradoenelinteriorde
unacuba,lugardondesecalientaellquidoyseproduceunanube,quealtocarlapiezafrase
condensa,arrastrandolagrasaalfondodelacubaydejandolapiezatotalmentedesengrasada.
Generalmenteseempleansolventesclorados.
1.2.2.1.1.3. Desengrase consolventesportrapeo
Se utiliza cuando el nmero de piezas es pequeo y para desengrasarlas de forma regular.
Consisteenquitardelapiezalosmaterialesquepudieranperjudicarlaadherenciaconuntrapo
embebidoenundisolvente.
1.2.2.1.2.Desengrasealcalino
De los procedimientos previos al proceso de fosfatizado, el desengrase alcalino es elms
utilizadodado
el
buen
resultado
que
produce.
Se
realiza
en
caliente
atemperaturas
entre
60C
y90Cynormalmente conagitacinparaacelerarelprocesodeacabado.
El proceso a seguir consiste en insertar el material en un tanque que contiene el fluido
desengrasante.Dichotanquetieneunsistemadebombeoparalograrlarecirculacindelfluido
yqueelmaterialselibredelagrasacompletamente.
1.2.2.2.
Decapado
Estosprocesosqumicosseempleancomopasopreliminaralrestodeprocesosdeacabado,o
bien como terminacin de la pieza cuando la calidad de la pieza no requiere un proceso
posterior.Para lasaleacionesconuncontenidoencobreseutilizansolucionessulfocrmicas
mientras que para los aceros no aleados se utilizan soluciones cidas basadas en el cido
fosfricooelcidoclorhdrico.
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1.2.2.2.1.Decapadocondisolucionesdecidosulfrico.
Utilizadofundamentalmentepara materialescomoelhierroyelaceroinoxidableyenmenor
medidaparaelaluminio.La solucinutilizadadecidosulfricoseutiliza enconcentraciones
quevaranentreun5y25%,ya temperaturasqueoscilanentrelos50Cylos70C.Eltiempo
detratamientodependedefactorescomo lacomposicindelmetal, lacantidaddecidoy la
temperatura del bao, aumentando la velocidad de ataque a medida que aumenta la
concentracin.
Lasventajasdeusodeestecidoson:
Bajocostedellquidodecapante
Desprendimientomsbajodevaporesqueotroscidos
Nosonnecesariosgrandesvolmenesdecidos
Lasdesventajas
son
las
siguientes:
Laproduccindesuperficiesobscurassobreelacerodealtocontenidoencarbono.
Elaltocosteenergtico,yaquesenecesitaoperaraaltastemperaturas.
1.2.2.2.2.Decapadocondisolucionesdecidoclorhdrico
Utilizadofundamentalmente,
como
el
cido
sulfrico,
para
el
decapado
de
piezas
de
hierro
y
acero inoxidable. Estas disoluciones se utilizan cuando el uso del cido sulfrico no es tan
efectivocomosedeseara,comoenelcasodelaformacindexidosenatmsferascorrosivas
si han sufrido algn tipo de deshidratacin previa al decapado o cuando se desarrollan
productos de corrosin sobre superficies recubiertas con aceites o grasas anticorrosivas de
proteccintemporal.
Lasventajassonlassiguientes:
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Proporcionasuperficiesbrillantesylisasalaspiezas.
Existe
una
menor
posibilidad
de
producirse
corrosin
que
con
otros
cidos.
Fcileslavadosdebidoalaaltasolubilidaddeloscloruros.
Las capas galvanizadas se adhieren mejor al metal, con mayor facilidad y son ms
uniformes.
Menoscosteenergticodebidoaquelastemperaturassonmsbajas.
Lasdesventajassonlassiguientes:
Altocoste
de
la
disolucin.
Necesidaddellevaruncontroldelosvaporesproducidos.
Volatilidad.
1.2.2.2.3.Decapadocondisolucionesdecidofosfrico
Seutiliza
para
piezas
de
hierro
yacero
yda
lugar
aexcelentes
superficies
protegidas
yaptas
para recubrimientos comopinturas.Este tipodedisolucin seutilizaparael tratamientode
piezas moderadamente afectadas por la oxidacin. Suele emplearse el cido a una
concentracinentreel5%yel20%yaunatemperaturaentreel50Cy60C.
Lasventajassonlassiguientes:
Enproporcionespordebajodel2%queda sobre la superficieunapelculade fosfato
protectora.
Noseproducenresiduos peligrosossobreelmetal.
Esladisolucinquetienemenor tendenciaaproducircorrosinlocalizada.
Lasdesventajasson:
Esladisolucindecidomsdbildelastresmencionadas.
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1.2.2.2.4.Decapadoporaspersin
Eldecapadoporaspersinseutiliza cuandosetienenpiezassumamentegrandescomopara
desarmarlasydecaparlaspor inmersinenuntanque.Nosonnecesariosunosconocimientos
especializadosparasuejecucinaunquees importantedisponerdeexperienciaysupervisin
paraminimizarlosriesgosalasalud,seguridadymedioambiente.
Si lostiemposdecontactoconelcidoy losprocedimientosdeaclarado finalnotuvieranun
controladecuadopodra producirsecorrosinenlaszonastratadas
Figura1Decapadoporaspersin
CortesadelaUniversidadPolitcnicaSalesianadeEcuador.
1.2.2.2.5.Decapadoporinmersinentanque
Lainmersinentanquetienelaventajadetratartodaslassuperficiesdelelementoparalograr
unaptimaresistenciaa lacorrosinyunacabadouniforme.Es tambin lamejoropcinen
aspectosdesaludyseguridadpuestoquesiempreserealizaenellugardelafabricacin.[3]
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Figura2Decapadoporinmersinentanque
CortesadelaUniversidadPolitcnicaSalesianadeEcuador.
1.2.3.Procesosmecnicos:
Losdiferentesprocesosmecnicosautilizardependerndeltipodematerialapulir,influyendo
enladecisinaelegir, ladurezadelmaterial,suformatoylarugosidadinicialqueesteposea.
Para
pequeas
producciones,
se
decide
generalmente
por
el
pulido
manual.
Cuando
se
trata
de
grandes producciones, normalmente se opta por sistemas semiautomticos o totalmente
automatizados. En esta categora se encuentran los sistemas de pulido a granel (pulido con
tamboryvibratorias)y laspulidorasautomticas.Ademsse incluyetambin lagranalladoray
larectificadora.
1.2.3.1.Granalladora
El granallado es un proceso en el cual,mediante el bombardeo de partculas abrasivas que
impactanaaltavelocidadsobrelasuperficiedelapieza,seconsigueunaltogradodedecapado
ylimpieza,ascomounacorrectaterminacinsuperficial.
Esteprocesoes aplicadoenlneasdegrandesproducciones,enlasquelafiguradeloperarioes
mnima.
[3]
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Elequipodegranalladoestcompuestopor:
Turbinascentrfugasparaellancedeabrasivoconvariadordefrecuencia
Cmaradegranallado.
Sistemadefiltracindepolvoeimpurezas.
Sistemaderecirculacinylimpiezadelabrasivo
Sistemadecarga
Sistemadedescarga
1.2.3.2.Rectificadora
Larectificadoraesunamquinausadaprincipalmentepararealizarmecanizadosporabrasin.
Seobtieneunamayorprecisinyunamenorrugosidadqueconelmecanizadoporarranquede
viruta.
Laspiezasquesesuelenrectificarsondeaceroendurecidotrasuntratamientotrmico.Parael
rectificado el abrasivo usado suele estar en forma demuela. La velocidad de giro de estas
muelaspuedellegaraalcanzarlas30.000rpmenfuncindeldimetrodelamuela.
Segneltipodepiezaarectificar,seusaunouotrotipoderectificadora.Lasmsdestacadas
son:
Rectificadorastangenciales:Consistenenuncabezalprovistodeunamuelayuncarro,
elcualsemueveenformadevaivn.Seusanpararectificarsuperficiesplanas.
Rectificadorassincentros:Estncompuestaspordosmuelasysonusadaspararectificar
piezascilndricasdetamaopequeo.
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Rectificadoras universales: Se usan para el rectificado de los dimetros de ejes
exteriores.
Son
mquinas
de
gran
tamao
y
con
un
cabezal
portauelas
con
un
variador
develocidad.[4]
A continuacin se muestra una imagen de una rectificadora tangencial con sus partes
principales
Figura3Rectificadoratangencial
Cortesadewww.demaquinasyherramientas.com
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1.2.3.3.Tamborrotativodepulido.
Estossistemasestncompuestosporuntamborcuyaformapuedeserprismticaocilndrica,
elcualgirasobresuejedesimetramedianteunsistemademotorreduccin.
Lavelocidadperifricarecomendabledebera estarentrelos 0,5ylos1,2metrosporsegundo
(m/s). Este tambor puede tener uno o varios compartimentos para las diferentes piezas a
acabar.
Figura4Tamborrotativo
CortesadellibroSistemasdepulidodePedroClaudioRodrguez.
Unavariantede lostamboresrotativosson lascampanasdepulido.Estascampanasdepulido
consistenenunrecipientequevamontadosobreuneje,elcualpuede bascularalrededorde
unpuntofijo,pudindosegraduarsungulodeinclinacinrespectodelahorizontalcuandosea
necesario.
Estas
campanas
tienen
la
ventaja
de
que
resultan
ms
cmodas
que
los
tambores
a
la hora de cargar y descargar debido a la variacin del ngulo de inclinacin, aunque los
resultadosobtenidosporambasmquinassonsimilares.
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Figura5Campanarotativa
CortesadellibroSistemasdepulidodePedroClaudioRodrguez
1.2.3.4.Mquinavibratoria
Elprincipiodefuncionamientodeestasmquinassebasaenlatransmisin,aunrecipienteque
contienepartculas,delasvibracionesdeunafuentegeneradoradevibracionesdeamplitudy
frecuencia variables. Estas partculas son sometidas a movimientos vibratorios de misma
frecuencia pero desfasadas entre s en funcin de la distancia de la partcula al eje del
recipiente.
Esnecesarioqueelrecipientedescansesobreunosresortesparaaislarlasvibracionesdelresto
delamquinaperosinquitarlemovilidadalrecipiente.
Estaoscilacin se logragraciasaun sistema rotorqueest fijoal recipientede trabajoode
forma externa a l y con una transmisin, el cual posee unos contrapesos excntricos
regulables,mediante loscualesvaria laamplitudde laoscilacindependiendode laposicin
relativa entre los diferentes contrapesos. La frecuencia de oscilacin se podr variar
modificandolavelocidaddelrotor.
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1.2.3.5.Caractersticasyventajasdelosdiferentessistemasmecnicos.
Conlossistemasdetamborrotativo yvibracinselogranlassiguientesoperaciones:
Desbastedelarugosidadsuperficialdelapiezabajolastoleranciasespecificadas.
Incrementarlalisuradelasuperficiedelapiezaatrabajarsinafectaralcolororiginaly
obteniendoungranbrillo.
Obtenersuperficiesquerealcenlosprocesosdeconversin.
Eliminarcoloraciones
producidas
por
algn
proceso
de
soldadura
otemple.
Eliminaraceites,desmoldantesuotro tipodecontaminantesadheridosa lasuperficie
delapieza.
Eliminarlaoxidacinproducidaenlosprocesosdetratamientotrmico.
Aplicarrecubrimientosalassuperficiescomolubricantes,antioxidantes,fosfatizanteso
cerasemulsionables.
Los procesos de acabado mecnico suelen operarse sobre piezas forjadas, estampadas,
fundidas, extradas y soldadas. Tambin puede aplicarse tambin al pulido deminerales,
siendonecesariorealizarvariasetapasconsecutivasycongranosabrasivoscadavezmenores,
dependiendodeladurezadecadagemaenparticularydelgradoderugosidadinicial.
Normalmente estos procesos de acabadomecnico se realizan en unmedio hmeda (con
algn producto emulsionable en aguao simplemente agua) y con compuestos abrasivos de
diversostipos.
Losmaterialesusadoseneltamborrotativodepulidosondiversosysuutilizacindependede
la etapa en la que se encuentre uno. Para la etapa de desbaste se puede utilizar xido de
aluminio, carburo de silicio, pmez en polvo, pastas lquidas emulsionables en agua, o
compuestoscermicos.Sinembargo,paralaetapadeabrillantadosesuelenutilizardiferentes
cuerpos
geomtricos
de
acero
con
aristas
redondeadas.
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Por
otro
lado,
dentro
de
los
sistemas
vibratorios
para
la
etapa
de
desbaste
suelen
usarse
abrasivos en polvo conglomerado con resina epxica o polister en formas geomtricas y
tamaos diversos, pudindose elegir los mismos segn las caractersticas de las piezas a
procesar. Estos abrasivos conglomeradoso chips son dexidode aluminio,de carburode
silicio,dealminacalcinadayde componentescermicos.Paraelabrillantadofinal,comoen
losprocesosrotativos,seusan cuerposdeaceroconalgncompuestotensioactivo.
Laventaja
de
los
sistemas
de
vibracin
frente
alos
rotativos
es
que
el
acabado
es
similar
en
todalageometraysuperficiedelapieza,mientrasqueeneltamborseatacamsalasaristas
envezdea losplanos.Sinembargo,paraprocesosderebabadoseprefieren lossistemasde
tamborrotativo.
1.2.4.
Pulido
Electroltico
Este sistemaestcompuestoporunafuentedecorrientecontinuaydedoselectrodos.Unode
elloses lapiezafuncionandocomonodo(+),yelotrocomo ctodo(),elcualpuedeserde
diversosmaterialesdependiendodeltipodemetalapulirydelprocesoelectroqumicoelegido.
Alcircular lacorrienteelctricaa travsdelelectrolito,seproduce ladisolucindelmaterial
puestocomonodo(pieza),formndoseunacapaviscosadeproductosdeladisolucin.
Elespesordeestacapanoesconstante,producindose unadisolucinmayoren lospicos,y
porlo
tanto
producindose
una
nivelacin
de
la
superficie.
Enlafigura (a)puedeapreciarseelesquemadeuncortetransversaldelasuperficieantesdel
procedimiento, y en la figura (b) despus del tratamiento donde puede apreciarse esa
nivelacindelasuperficie.
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Javi
Esto
dela
cont
emb
anti
Este
reac
perj
1.3.
1.3.
Elpr
Dich
pue
otro
Mqui
rLlorent
permiteo
pieza.Los
engan, los
argo
exist
oniooplo
procesoha
ivos qum
dicialespa
Materi
1.Abrasi
incipiode
africcins
enserde
dependien
avibrato
eHernn
teneruna
materiales
aceros al
n
proble
modefor
sustituido
icos que
ralasalud
les
utili
os
cabadode
produce
iversastip
dodeltipo
riaparaa
Universi
ez
Fig
reduccin
enlosque
carbono e
as
con
det
amayorit
engranm
unidos a
elaspers
ados
pa
lasmqui
lchocarlo
os,hacien
deacabad
cabadod
dadPontifi
ra6Pulid
Cortesade
de larugo
seutilizae
inoxidabl
erminados
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didaalpr
las altas
nasasco
ra
el
aca
asvibrato
smateriale
oreferenc
quesequ
epiezas
iaComilla
electrolti
Wikipedia
idadsuper
temtodo
s, alumini
latones
y
cesodepu
temperatu
oalmedi
bado
su
iasytamb
sabrasivos
iaasufor
ieradaral
edifere
I.C.A.I
o
ficialypor
sonelcob
o, oro, pl
leaciones
lidoqumic
ras provo
ambiente.
erficial
resrotati
conlaspi
aymateri
pieza.
tesmate
lotantou
reylasale
ta, hierro
ternarias
q
o,enelcu
caban vap
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ossebasa
zasapulir.
al.Seesco
riales.
Pgina 2
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y nquel.
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conten
lseutiliza
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enlafricci
Losabrasi
geruntip
9
ad
lo
Sin
an
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sos
n.
os
ou
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Haciendoreferenciaasucomposicin,losprincipalesabrasivospuedenclasificarseen:
Abrasivoscermicos
Abrasivosplsticos
Abrasivossintticos
Abrasivosmetlicos
Cscaradenuez
Granosdemaz
Figura7Abrasivos
CortesadeGoogleimgenes
1.3.1.1Abrasivosmetlicos
Dentrodelosmediosmetlicos, losmsusadossonelaceroyelaceroinoxidable.Elaceroes
unabrasivonoconsumible idealparaunagranvariedaddeacabados.Esteabrasivoproduce
unasuperficieacabadasinrebaba,suaveybrillante.Cuandoserequiereunatotalausenciade
xido,elacero inoxidablees lamejoreleccin.El tiempodeacabadoconestosabrasivoses
inferioralrestodeabrasivos.
Estosabrasivospuedenencontrarseenunagranvariedaddeformasgeomtricasdiferentes.A
continuacinse
muestra
un
catlogo
tomado
de
Giant
Finishing.
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Figura8tabla
abrasivos
metlicos
CortesadeGiantFinishing.
1.3.1.2.Abrasivossintticos
Estos abrasivos ofrecen un acabado extremadamente fino, lo que los hace ideal para usos
mdicos,dentales,aeroespaciales,etc.Recomendadosparaelacabadodepiezasmetlicasyel
acabadoanterioralpintado.
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Poseen
una
densidad
menor
a
la
de
los
metlicos,
plsticos
y
cermicos,
lo
que
reduce
el
martilleoconlasuperficieyelcoste.Poseenunavidadeusomayorqueelrestodeabrasivosy
producenunacabadomuylimpio.
Estosabrasivossonespecialmentebuenosparamquinasdealtaenerga,talescomobarriles
centrfugos,debidoalagranresistenciaaldesgastequeposeen.
Eltipo
de
acabado
depender
de
la
forma
ytamao
de
la
piedra
abrasiva
en
cuestin.
Cada
fabricanteutilizaunagamadecoloresdiferenteparaclasificarlosde tal formaquehagams
sencillasudiferenciacin.
Figura9Abrasivossintticos
CortesadeGiantFinishing.
1.3.1.3.Abrasivoscermicos
Sonabrasivosconaltavidadeuso,bajocostey losmsusadosgraciasasualtaversatilidad.
Sonfabricadosenunaaltavariedaddeformasgeomtricas.
Estosmedios cermicos estn hechos slice yotrosminerales y abrasivos, que se combinan
formando un producto similar al cemento duro. La densidad de los abrasivos cermicos se
determinaporlacantidaddeabrasivosquesehaincorporadoalamezclaantesdesucoccin.
Elms
denso
ser
el
que
ms
abrasivo
tenga.
Esto
es
importante
porque
cuanto
mayor
sea
su
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densidad,elcortesermsagresivo,esdecir,uncortemsrpidoyunasuperficiemsrugosa,
y
adems
el
tiempo
de
vida
ser
mayor.
Por
lo
tanto,
cuando
se
requieran
bajos
tiempos
de
acabado,seutilizaranestosabrasivosdealtadensidad.
Sinembargocuandoelobjetivoseaobtenerunagranprecisin,comopuedeserenlajoyera,
seharusodeabrasivoscermicosdemuypequeo tamao.Ademseste tipodeabrasivo
proporcionaungranbrilloalapieza.
Figura10Abrasivossintticos
CortesadeGiantFinishing
1.3.1.4.Abrasivosplsticos
Serecomiendanparalaeliminacingeneraldemetal,prepintado,pulidoycorterpido.
Seutiliza
para
metales
blandos,
como
el
latn
yaluminio,
omateriales
fibrosos.
Estos
abrasivos
producen un acabadomuy suave, pero conmuy poco brillo. Sonmenos agresivos que los
cermicos,peroproducenmejoresacabados superficiales. Loshaydediferentes formas. Las
formas de tetraedro y cono son buenas parapiezas con agujeros. La figura del tringulo es
buenaparaelacabadodelasesquinasdelaspiezas.
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Figura11Abrasivosplsticos
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1.3.1.5.Cscaradenuez.
Lacscaradenuezesunproductoduroy fibrosoqueseutilizasobre todocomosustitutoal
chorrodearena.Seconsideraunabrasivosuaveyde largaduracin.Comosehadichoantes,
se utiliza como sustituto de la arena para evitar problemas de salud por inhalacin. Tiene
mltiples aplicaciones como la limpieza de moldes delicados, pulido dejoyas, armaduras,
motoreselctricosyturbinasdevapor,y desbarbadodeplsticos.
Eltamaodelosgranospuedevariardesdelos5mmhastalas30micras,dependiendodeltipo
deacabadoquesequierarealizar.
Figura12Cscaradenuez
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1.3.1.6.Granosdemaz
Losgranosdemazson idealespara laeliminacindecontaminacinsuperficial,escombrosy
revestimientosconpocooningn impactosobre lapieza.Esresistentea laroturaysepuede
volverautilizarvariasvecesenelprocesodelimpieza.
Es unmedio biodegradable y orgnico que no presenta riesgos para la salud ni elmedio
ambiente.
Dejanunasuperficielimpiayseca,yestdisponibleendiferentestamaosquevaranentrelos
2mmylos0,25mm.[6]
Figura13Granosdemaz
CortesadeGiantFinishing.
1.3.2.Compuestosqumicos
Loscompuestos
qumicos
usados
en
una
mquina
vibratoria
oen
un
tambor
rotativo
sirven
para:
Mejorarlaeficienciadelprocesodeacabado
Acelerarqumicamenteelprocesodeacabado
Aumentarlalubricacin
Conservarelcolordelaspiezas
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Prevenirdeoxidacinycorrosin
Se
pueden
clasificar
en
tres
tipos:
Compuestoslquidos
Compuestosenpolvo
Cremasdeacabado
Figura14Compuestosqumicos
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1.4
Vibraciones
1.4.1.
Vibracin
mecnica
Una forma sencilladedefinirelconceptodevibracinmecnica seraelmovimientodeuna
masahaciadelanteyhaciaatrsrespectodeunaposicindereposo.
Esimportantedejarclaroqueparaqueuncuerpovibreesnecesarioquesteposeaalmenos
unelementoinercialyunrestaurador.
Tambines importante tener claro aqu tipode causaes laqueprovoca la vibracin. Esta
perturbacinpuedeserinstantneaopermanente.
Unaperturbacininstantneaesaquellaqueapareceenuninstantedetiempoyactoseguido
desaparece. Por el contrario una perturbacin permanente es aquella que siempre est
presenteenelcuerpo.
Lasvibracionesmecnicaspuedenclasificarsedependiendodediversospuntosdevista.
Dependiendodeltipodeexcitacin,puedenservibracinlibreovibracinforzada.
Unavibracinlibreescuandoelsistemavibraacausadeunaaccininstantnea,mientrasque
unavibracinforzadaesaquellaqueestprovocadaporunaaccinpermanente.
Dependiendo de la disipacin de energa, pueden clasificarse en amortiguadas o en no
amortiguadas. El amortiguamiento produce una prdida de energa provocando una
disminucindeldesplazamientoen la respuesta.Por lo tanto, lavibracinamortiguadaes la
quelafrecuenciadeoscilacindependedeladisipacindelaenerga,yaseaporfriccinopor
unelementoamortiguador.
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1.4.2.Frecuencianatural
Lafrecuencianaturaleslaqueposeeuncuerpoosistemaaltenerunainerciayunoselementos
restauradores. Esta frecuencia resulta de la vibracin libre, por lo tanto no depende de la
excitacinyslodelascaractersticasfsicasdelsistema.
1.4.3.Amortiguamiento
Es importante aclarar antes de todo que cualquier sistema mecnico posee un
amortiguamiento, el cual depender de diferentes factores que sern comentados ms
adelante.
Sielsistemamecnicoquesevaadesarrollarposeeunavibracinforzada, laamplituddesu
respuesta tiende a aumentar considerablemente en un rango cercano a la frecuencia de
resonancia,siendoestaamplificacinmayorcuantomenorseaelamortiguamiento.
Por lotantoesdevital importanciaconocer las fuerzasqueprovocandichasvibracionespara
deesaformaalejarlafrecuencianaturaldelsistemadelasfrecuenciasderesonancia.
Sinembargohaycasosen losqueseestobligadoatrabajarenunrangodevelocidadesyno
sepuedeevitar laresonanciaparaalgnvalordedichorango.Enestoscasosjuegaunpapel
muy
importante
el
amortiguamiento,
ya
que
cuanto
mayor
sea
este,
menor
ser
la
amplificacindelarespuesta.
A parte del amortiguamiento que viene dado en el sistema, hay diferentes formas de
aumentarlo. Por ejemplo, con la introduccin de lquidos (agua, aceites), aportando
amortiguamientoexterno,omediantematerialesestructuralesconungranamortiguamiento
interno.
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Enaplicacionesconuncarcterestructural, lasunionesremachadasoatornilladas introducen
un
amortiguamiento
mayor
que
las
uniones
soldadas,
ya
que
se
disipa
ms
energa
al
permitir
unciertodeslizamientoentresuperficies.
Sinembargo,estetipodeunionesatornilladasoremachadasgeneranmayoresproblemasde
corrosin que las uniones soldadas. A pesar de esto, para estructuras que precisan un alto
grado de amortiguamiento este tipo de uniones tienen que ser una posibilidad a tener en
cuenta.[7]
1.4.4.Aislamientodelasvibraciones
Elconceptodeaislamientodevibracionesestodoprocedimientoconelcualesposiblereducir
cualquierefectoindeseableasociadosatodavibracin.
Lossistemasdeaislamientodevibracionessepuedenclasificarenactivosopasivos.
Elcontrolpasivoeselcualestformadoporunelementoelsticoyunelementodisipadorde
energa.Porejemplo,unmuellemetlico,uncorchoounresorteneumtico.
Elcontrolactivodevibracineselcualestcompuestoporunservomecanismoformadopor
unsensor,unprocesadordesealyunactuador.Deestaformaelcontrolmantienesiempre
constanteladistanciaentreelplanodereferenciaylamasavibrante.
1.4.5.Elementoselsticos
Sonaquelloselementosquesufrenunadeformacinporlaaccindeunafuerzaaplicadasobre
ellosyque recuperan suposicin inicialal cesaresa fuerza.Sonutilizadospara recuperar la
posicin inicialderganosmvilescuandodesaparece lafuerzaoparaabsorbervibracionesy
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disminuiresfuerzosbruscos.
1.5.
Diseo
Mquina
vibratoria
1.5.1.Estadodelarte
1.5.1.1Mquinavibratoria
Elacabadodepiezaspor vibracin tiene lugarenunacubade trabajo sostenida sobreunos
muelles para amortiguar el tambaleo. La energa por vibracin es transmitida a la cuba por
mediodeunmotorexcntricocolocadosobreestaensu interioroporotrosprocedimientos
quetransmitandichavibracinalacubadetrabajo.
Estavibracincreaunafrotacindelabrasivocontralaspiezas.Paraayudaralprocesoseaade
aguayotroscompuestosdisolventes. [8]
Estasmquinasvibratoriasestnequipadascondiferentesaccesoriosquepermitenrecortaren
tiempos,mejorarelacabadoyobtenermscomodidadalahoradelacabado.
Figura15Mquinavibratoria.
CortesadeRosler.
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1.5.1.2.Formasdeobtencinytransmisindelavibracinalacubadetrabajo
Uno de los puntosms importantes, de los cuales depender la calidad del acabado de las
piezas,eslavibracin.
Hayvariasformasdetransmitirestavibracinalacubadetrabajo,cadaunaconsusventajase
inconvenientes,peroigualdetilessiempreycuandosediseendelaformacorrecta.
1.5.1.2.1.Motorvibratorio
Enestecasoelmotorestencontactocon lacubadetrabajotransfirindoledirectamente la
energa vibratoria. Esta vibracin se consigue acoplando unos contrapesos al motor
consiguiendo una excntrica. Dependiendo de la colocacin del nmero de contrapesos se
consiguendiferentesfrecuenciasdevibracin.
Eslaformamssencilladeobtenerytransmitirlavibracin,sinembargo,alahoradeacceder
almotorporposibleaveraomodificacin,sehacemscomplicado,yaqueesteseencuentra
enelinteriordelacuba.
A continuacin semuestra un esquema de unmotor vibratorio con dos contrapesos para
causarlavibracin:[9]
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Figura16Motorexcntrico
CortesadeSPASA
1.5.1.2.2.Ejevibratorio
Enestecasoelmotornoesvibratorioyseencuentraexternoalamquina. Pormediodeuna
trasmisinsetransmiteelparmotorauneje internoa lamquina.Esteejeestencontacto
con la cubamediante una plataforma por medio de rodamientos. Para crear la vibracin
necesariase
dispone
de
unos
contrapesos
en
dicho
eje.
Puede
haber
problemas
ala
hora
de
transmitir el par por medio de la correa ya que el eje estar sufriendo un movimiento
vibratorio.Comoventajasestel fcilaccesoalmotor,yaqueesteseencuentraexternoa la
mquina.
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Figura17Ejevibratorio
CortesadelapatentedeTonyCampanelli,15deabrilde1975
1.5.1.2.3.Ejeexcntrico
Consisteen transmitircomoenelcasoanteriorunparmotorauneje interiora lamquina,
peroenestecasoelejeesexcntrico.Pormediode laexcntricaseharacontactoa lacuba
conunseguidorsiguiendoelesquemasimpledeunalevaseguidor.
Deestaformaconseguimosqueelejenosufraelmovimientovibratorioyporlotantonohabr
complicacionesalahoradetransmitirelparmedianteunacorreaocadena.
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Figura 18 leva-seguidor Figura 19 Funcionamiento excntrica- seguidor.
CortesadeGoogleimgenes CortesadeI.C.A.I
1.5.1.3.Partesprincipalesdelamquinavibratoria
Laspartesprincipalesquecomponenunamquinavibratoriason:
Motor
Cuba
Eje
Contrapesos
Muelleshelicoidales
Bancada
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1.5.1.3.1.Motorvibratorio.
Elmotoreselencargadodetransferirlaenergavibratoriaalacubadetrabajo.Estavibracin
seconsigueacoplandounoscontrapesosalmotorconsiguiendounaexcntrica.Dependiendo
de la colocacin de y el nmero de contrapesos se consiguen diferentes frecuencias de
vibracin.
Enelcasodeutilizarunejeexcntrico,elmotornotendracopladoningunaexcntrica.
Figura20Motorexcntrico
CortesadeSPASA
1.5.1.3.2. Cuba.
Elemento en el que se encuentran los abrasivosjunto con las piezas a acabar. La cuba es
sometidaavibracin
yde
ah
la
vibracin
se
transmite
atodas
las
piezas
yabrasivos.
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1.5.1.3.3. Eje.
Esteelemento
es
utilizado
cuando
se
decide
causar
la
vibracin
mediante
un
elemento
que
no
es elmotor. El eje dispone de unas excntricas que hace que el eje tenga unmovimiento
oscilatorioprovocadoporlasdistintasfuerzascentrfugas.
Esteejepuedeestardirectamenteacopladoalmotorounidoaestemedianteunacorreao
cadena.
1.5.1.3.4.
Contrapesos.
Elementosencargadosdeproducirlavibracin.Estoscontrapesosopesosexcntricos,pueden
estarmontadosdirectamenteenelmotoroenunejeacoplado, medianteunatransmisino
directamente,almotor.
1.5.1.3.4. Muelleshelicoidales.
Elementosnecesarios
para
amortiguar
el
movimiento
entre
la
cuba
yla
bancada.
Se
deben
colocarentreestosdoselementosyennmeronecesarioparaconseguirquenollegueninguna
vibracinalabancada.
1.5.1.3.4. Bancada.
Elementode lamquina sobreelque irmontada toda lamquinaydonde recaer todoel
peso.Estaaisladadelmovimientovibratoriodelacubagraciasalosmuelleshelicoidales.
Sedebedisearde tal formaquepueda soportar todoelpesodel restode laspiezasde la
mquinasinsufrirningndaoodeformacin.
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1.5.1.4.Elementosauxiliaresdelamquinavibratoria
1.5.1.4.1.Tamizdeseparacin
Lasaplicacionesdeacabadoporvibracinrequierendeunprocesodeseparacindelaspiezas
parahacermsptimoelproceso.Lostamicesseparadorescumplenperfectamenteconesta
funcin.Deestaformaseconsiguequeelabrasivosecueleporlosorificiosdeltamizyquese
quedennicamentelaspiezasacabadas.
Figura21Tamizdeseparacin
CortesadeRosler
1.5.1.4.2.
Trampilla
separadora
Permitela
separacin
de
las
piezas
ya
que
cierra
el
camino
hacia
el
tamiz
de
separacin.
Duranteelprocesodeacabado la trampillapermaneceabierta,permitiendoquese repitael
ciclodeacabadorecirculandoel flujodeabrasivoshasta laparte inferiorde lacuba.Unavez
terminadoelacabado,secierralatrampilla,dirigiendodeestaformalaspiezasylosabrasivos
haciaeltamizdeseparacin.[10]
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Figura22Trampillaseparadora
Cortesade
Rosler
1.5.1.4.3.Revestimientoacstico
Laabsorcindelruidoayudaacrearunentornodetrabajoagradable.Elnivelderuidoqueda
determinadoporeltamaoypotenciadelamquina,ascomoeltipoytamaodelaspiezasy
abrasivos.Sinunamedidadeproteccinacsticaadecuada,elnivelderuidopuedevariarentre
los75y140dB.[11]
Figura23Revestimientoacstico
CortesadeALMCO
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1.5.1.4.4.Dosificadordeaguaydisolventequmico
Elconstante
suministro
de
agua
ycompuesto
disolvente
es
esencial
para
el
correcto
acabado
de laspiezas.Esporellomuy importanteun sistemaquedosifiqueestamezcla.Unabuena
formaesmediante salidasdispuestasenel interiorde la cuba ycolocadasde tal formaque
cubrantodalasuperficieposible.
1.5.1.4.5.Medidasdeevacuacindelquidos
Es importantedisearunabuenaformadeevacuacindeloslquidosparahacermsefectiva
laproduccinymejorarlacomodidad.Unaposiblesolucinesdisponerdeunatrampillaenla
parte inferior de la cuba.Otra posible alternativa sera aadir la posibilidad de que la cuba
pudierainclinarsedetalformaquefacilitaralaevacuacindeloslquidos.
1.5.2.Diseodelamquinavibratoria
Sevaadisearunamquinavibratoriacuyacubadetrabajoesdeformatoroidal,enlaquela
paredinteriorestarrecubiertadematerialesresistentescontralaabrasin.Elmotorsealojar
de formaexternaenel interiorde labancadaenposicinvertical.Elpardesalidadelejedel
motor ser transmitidomediante un acoplamiento elstico a un segundo eje ubicado en el
interior de la cuba. Esteltimo ejedispondrde4 excntricas con las que se conseguir la
vibracinrequeridaparatransmitiralacubadetrabajo.
Lacubasecolocarsobreunabancadamedianteunosmuelleshelicoidalesqueamortigenel
movimientovibratorioyporlotantoquedichabancadanosufraningnmovimientovibratorio.
Elesquemadelfuncionamientodescritosepuedeobservarenelcroquisadjuntoenlaseccin
deplanos.
Mediante un canal en forma de espiral con cierta inclinacin se consigue un continuo
movimiento,tanto
de
rotacin
como
de
traslacin.
La
mezcla
abrasiva
ylas
piezas
seguirn
el
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recorridodelcanalensentidoascendenteyse repetiresteprocesohastaque lapiezaeste
finalmente
terminada.
Este
proceso
cclico
de
avance
se
consigue
con
un
portillo
de
separacin
quepermanecerabiertosiemprequesequieranreconducirlaspiezasalfondodelacubapara
quevuelvanahacerunnuevociclo.
Parauna fcilycmodaseparacinde laspiezas,sehacolocadoun tamizdeseparacina la
salidadelacubaquecolarelabrasivoydejarsalirnicamentelaspiezasterminadas.
Ademsen
el
fondo
de
la
cuba
se
disear
un
desage
para
una
fcil
evacuacin
de
los
lquidos
yunatapadevaciadoparaevacuarlaspiedrasabrasivas.
Dadoelelevado ruidoqueproduceneste tipodemquinas, seha acopladouna carcasade
recubrimiento acstico encima de la bancada, que rodee toda la cuba. De esta forma
conseguimosuncompletoaislamientodel ruido.Dichacarcasadisponedeuna tapasuperior
conlaquesepuedeaccederdeformafcilalinteriordelacuba.
Paraeldiseodelamquinaseharunestudiodefuerzasyposteriormentesedimensionar,
seharnlosclculosnecesariosyseelegirnloscorrectosmaterialesparasufabricacin.
Sehancroquizadounosdiseospreviosdelamquinaadisearparatenerunavisindetallada
delamquina.Estoscroquissehanintroducidoenlaseccindeplanos.
Una vez realizados los clculos sedisear y se realizarn losplanosde conjunto yde cada
piezaenelprogramaSolidEdge.
Dimensionamientoprevio
Para tener una visin aproximada de la potencia necesaria del motor en funcin de las
dimensionesde lamquinasehanobtenidoalgunosvaloresdeuncatlogodeunfabricante.
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Sinembargoseobtendranalticamenteestevalordelapotenciaysecomprobarqueelvalor
calculado
es
de
magnitud
razonable.
Acontinuacinsemuestradichatablaenfuncindelasdiferentesmagnitudes.
Figura24Dimensionamiento
Cortesadeunfabricante
Capacidad
til(L)
Capacidad
total(L)
A
mm
B
mm
C
mm
D
mm
E
mm
Motor
(HP)
16 24 150 600 700 550 6 0.5
100 110 200 1000 1080 940 13 3
280 340 345 1530 1370 1025 19 7.5
450 600 430 1900 1690 1450 19 10
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