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• Adan Barrera

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DISEÑO DE HERRAMENTALES

SECRETARIA DE ECONOMÍA PROMÉXICO

(Pro México). Este documento tiene como finalidad presentar un panorama general de la industria nacional e internacional, como herramienta que facilite la detección de oportunidades de negocio en México. ACTIVIDAD 1.- Visitar la pagina web de la Secretaria de Economía PROMÉXICO y presentar lo que considere relevante o de interés para usted. M.C MGR

PRODUCTOS FINALES MANUFACTURADOS. Los productos finales manufacturados por las industrias se dividen en dos clases: Bienes de Consumo y Bienes de Capital Bienes de Consumo -Son productos que los consumidores compran en forma directa. AUROMOTRIZ

Bienes de Capital -Son aquellos que adquieren otras compañías para producir bienes y prestar servicios FERROVIARIA

MAQUINARIA

EJEMPLO DE ARTICULOS DE LA INDUSTRIA AUTOMOTRIZ

SISTEMAS DE: -Transmisión -Frenos

-Dirección -Chasis -Eléctrico -Motor -Refrigeración -Hidráulico -etc. ,etc.

M.C MGR

COMPONENTES DE SISTEMAS DE TRANSMISIÓN AUTOMOTRIZ

COMPONENTES DE SISTEMA DE FRENOS AUTOMOTRIZ

PROCESOS DE MANUFACTURA

1.-PROCESOS POR DEFORMACIÓN (sin arranque de viruta) (Inyección, Fundición, Sinterizado, troquelado, Forjado (en caliente y en frío)

2.-PROCESOS DE REMOCIÓN DE MATERIALES (con arranque de viruta) ( Torneado, Rectificado, Taladrado, Fresado, Rimado, machueleado). 3.- PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES (Tratamientos Térmicos, Electroquímicos, Trabajo en Frío ). 4.-PROCESOS DE Niquelado, Cromado).

SUPERFICIES (Lapeado, Galvanizado, Pavonado,

ACTIVIDAD 2.- Explicar cada uno de los procesos de manufactura indicados M.C MGR

¿QUÉ ES LA MANUFACTURA?

En el sentido económico, la manufactura es la transformación de los materiales en artículos de valor mayor por medio de una o más operaciones de procesamiento ó ensamblado

Fuente: Introducción a los Procesos de Manufactura de Mikell P. Groover, 2012, Reimpreso con autorización de John Wiley & Sons, Inc.)

1.- EJEMPLOS DE PIEZAS PRODUCIDAS POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA EN FRÍO Y EN CALIENTE

Tolerancias de 0,025 a 0,05 mm para los diámetros. Tolerancias de 0,125 a 0,25 mm para longitudes.

1.1.- ROTULA DE SUSPENSIÓN FORJADA EN FRÍO

Las rotulas de suspensión son elementos mecánicos de precisión que forman parte del mecanismo de dirección.

1.2.- FORMAS DE SUMINISTRO DE MATERIA PRIMA PARA PIEZAS FORJADAS EN FRÍO

ALAMBRÓN

-ASTM 510, ASTM 510m. -Capa oxidada. -Desgaste prematuro de las herramientas . - Decapado -Acido clorhídrico, sulfúrico, nítrico fosfórico .

ALAMBRE

Los materiales requieren de lubricantes sólidos, principalmente se les adhiere cal, bórax o fosfato de zinc.

1.3.- PROCESO DE TREFILADO Consiste en el estirado en frío del alambre, por pasos sucesivos a través de dados de cuyo diámetro es paulatinamente menor. Carburo de tungsteno

Camisa de acero aleado

1.4.- MAQUINARIA PARA FORJAR EN FRÍO Volúmenes de producción: 160 -400 piezas por minuto

ACTIVIDAD 3.- Visitar paginas web : (Nedschroef Machinery), (National Machinery)

1.5.- MAQUINARIA Y EQUIPO PARA FORJAR EN FRÍO

ACTIVIDAD 4.- Visitar videos en YouTube y explicar : -Cold metal former for large diameters -How does multi stage cold forming work? -Temsa -Temsa cold forming tooling M.C MGR - Werkzeugbau Frank Sieber GmbH Imagefilm

1.6.- MECANISMO DE TRASLACIÓN ENTRE MATRICES

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1.7.- SECUENCIA PARA FABRICAR EJES DE PEDAL PARA BICICLETA 5a operación extrusión y recalcado

3a operación extrusión y recalcado 4a operación extrusión y recorte

2a operación extrusión y recalcado

1ª operación corte de tramo de materia prima

1.8.- ENSAMBLE DE HERRAMENTALES PARA FABRICAR EJES DE PEDAL PARA BICICLETA”

1.9.- ELEMENTOS DE HERRAMENTALES PARA FORJAR 1.- Introducción del material y corte. 2.- transporte del trozo de material ante la matriz. 3.- Introducción del trozo en la matriz y pre recalcado. 4.- Recalcado de acabado. 5.- Expulsión. a Tope b Matriz de cizallado C Cizalla d Matriz de extrusión e Pre recalcador f Vástago expulsor g Perno expulsor h Estampa i Expulsor

1

2

3

4

5

i

1.10.- EJEMPLOS DE PIEZAS TROQUELADAS

1.11.- FORMAS DE SUMINISTRO DE MATERIAS PRIMAS PARA PIEZAS TROQUELADAS

Actividad 5.- Explicar nomenclatura de medición de las laminas

1.12.- ELEMENTOS DE UN TROQUEL

1.13.- PRENSAS PARA TROQUELAR

Actividad 6.- Visitar paginas web y explicar el proceso de manufactura para troquelar piezas. M.C MGR

PROCESO DE FORJA EN CALIENTE MANUAL

PROCESO DE FORJA EN CALIENTE MECÁNICA PRENSA AUTOMÁTICA MARTINETE

2.- TORNOS PARALELOS

FORMAS DE MATERIA PRIMA

2.1.- OPERACIONES DE TORNEADO

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2.2.- FRESADORA UNIVERSAL

Una fresadora es una máquina herramienta para realizar trabajos mecanizados por arranque de viruta mediante el movimiento de una herramienta rotativa de varios filos de corte denominada fresa.

2.3.- CABEZAL DIVISOR Cabezal divisor.-Se utiliza para la elaboración de engranajes, prismas, escariadores, ejes con ranuras, etc. .

2.4.- ARRANQUE DE VIRUTA Masa inicial

Se parte de barra metálica hexagonal

1.- Cilindrado.

2.-Achaflanado Masa inicial > Masa final 3.- Ranurado

Masa final 4.- Roscado M.C MGR

Material: Acero SAE 1038

ACTIVIDAD 7 .- Calcular la masa de un tornillo hexagonal 7/8 x 5 según dibujo y 5 proponer un proceso de manufactura mostrando un bosquejo de las fases de trabajo.

Material: Acero SAE 1018

ACTIVIDAD 8 .- Calcular la masa de la pieza mostrada en el dibujo y proponer un proceso de manufactura mostrando un bosquejo de las fases de trabajo.

2.5.- ELECTROEROSIÓNADO Consiste en la generación de un arco eléctrico entre una pieza y un electrodo en un medio dieléctrico para arrancar partículas de la pieza a reproducir en ella, las formas del electrodo. Pieza terminada

Electrodo de cobre

ACTIVIDAD 9.- Explicar en que consiste el proceso de electo- erosionado y sus aplicaciones

3.- PROCESOS DE MEJORA DE PROPIEDADES (Tratamientos Térmicos, Electroquímicos, Trabajo en Frío ).

3.- MATERIALES PARA MANUFACTURA DE PARTES METÁLICAS - Aluminio y aleaciones -Cobre y aleaciones -Aceros con medio contenido carbono -Aceros aleados -Aceros inoxidables -Titanio y aleaciones

de

3.1.- CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS SEGÚN AISI-SAE

-Aceros al carbono -Aceros aleados -Aceros inoxidables -Aceros para herramientas -Aceros de fácil maquinabilidad ó aceros resulfurados.

ACTIVIDAD 10 .- Explicar las diferencias que hay entre los grupos de aceros indicados y recomendaciones de aplicación .

3.2.- TABLA PERIODICA

Los elementos están constituidos por átomos que tienen una estructura distinta, característica de cada elemento.

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3.3.- TRATAMIENTOS TÉRMICOS. °C Calentamiento

900

Permanencia a la Temperatura de Tratamiento

Enfriamiento

TEMPERATURA

800 700 600

Recocido

Zona critica

Normalizado

500 Temple

400 300 200 100 0° TIEMPO M.C MGR

3.5.- TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS Producen cambios en la estructura del acero y en la composición química de la capa superficial. Su objetivo es aumentar la dureza superficial de las piezas dejando el núcleo más blando y tenaz. Dureza superficial

Núcleo blando y tenaz.

ACTIVIDAD 11 .- Explicar como se realizan los tratamientos termoquímicos de carbonitrurado, cementado, nitrurado. M.C MGR

3.6.- ENSAYE DE DUREZA DURÓMETRO

Un durómetro es un aparato que mide la dureza de los materiales por penetración, existiendo varios procedimientos para efectuar esta medición. Los más utilizados son los de Rockwell, Brinell, Vickers y Microvickers.

Actividad 12: Explicar el procedimiento para la medición de dureza en los metales incluyendo : Símbolo de la escala, tipo de Penetrador, Carga mayor (kg) y Aplicaciones

3.7.- ENSAYO DE TRACCIÓN El ensayo de tracción de un material consiste en someter a una probeta normalizada a un esfuerzo axial de tracción creciente hasta que se produce la rotura de la probeta.

3.8.- MÁQUINA UNIVERSAL

En ingeniería se denomina máquina universal a una máquina semejante a una prensa con la que es posible someter materiales a ensayos de tracción y compresión para medir sus propiedades. ACTIVIDAD 13 : Explicar el procedimiento para medir la resistencia a la tracción de un metal .

ACTIVIDAD 14.Explicar la relación entre dureza y resistencia

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4.-PROCESOS DE SUPERFICIES

LAPEADO El lapeado es un proceso de terminación de una superficie por medio de la remoción de material a través de partículas abrasivas disueltas entre la superficie de trabajo y el útil el cual nos permite conseguir mucha precisión en el acabado superficial, conocida como rugosidad

GALVANOPLASTIA La función del galvanizado es proteger de la corrosión la superficie del metal, sobre el cual se realiza el proceso. Consiste en adherir electrolíticamente una capa de zinc de 10 a 30 micras sobre piezas de acero.

ACTIVIDAD 15.- Explicar como se realiza el proceso de galvanizado

PAVONADO El pavonado se aplica en piezas de acero para mejorar su aspecto y evitar su corrosión, que no aceptan espesor en la capa de protección.

.

ACTIVIDAD 16.- Explicar como se realiza el proceso de pavonado, niquelado y cromado

DISEÑO DE HERRAMENTALES

PROCESO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA Según DIN 8580, el Conformado es el procedimiento que consiste en modificar la forma de los metales, mediante la aplicación de fuerzas de compresión o de tracción aprovechando su plasticidad, conservando la composición química y la masa.

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ESTRUCTURAS CRISTALINAS

Para comprender el comportamiento de los metales durante los procesos de manufactura debemos de partir de la teoría de que todos los metales tienen una estructura cristalina y un arreglo geométrico definido de átomos.

ACTIVIDAD 17.- Explicar que influencia tienen la estructura cristalina de los elementos químicos de un acero en la manufactura de partes.

DISLOCACIONES Y VACANCIAS

Vacancia

Dislocación

ACTIVIDAD 18 .- Explicar que son y que influencia tienen las vacancias y dislocaciones en la manufactura de partes metálicas

BENEFICIOS DEL PROCESO DE FORJA EN FRÍO

1.- Ahorro de material y eliminación de viruta. 2.- Mejora en las propiedades mecánicas. 3.- Exactitud dimensional constante. 4.- Mejora el acabado superficial. 5.- Mayores volúmenes de producción. 6.- Preservación del medio ambiente.

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COMPARATIVO DE PROCESOS

???? Pieza en bruto

Tipos de virutas Pieza terminada

MEJORA EN LAS PROPIEDADES MECÁNICAS (debido al endurecimiento por deformación) ENDURECIDO EN FRÍO (según el grado de deformación)

RECOCIDO Aceros según AISI

Limite de Resistencia Alargamiento fluencia a la rotura mínimo (Kg/mm²)

(Kg/mm²)

(%)

Limite Resistencia Alargamiento de a la rotura mínimo (Kg/mm²) (%) fluencia (Kg/mm²)

Hierro 1008

11 23

28-30 34-38

45 30

40 40

50-60 50-65

10 10

304 1035 4140

22 32 50

55-70 42-50 65-75

50 18 14

60 60 75

80-90 70-80 90-100

6 6 8

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MÉTODOS PARA FORJAR EN FRIO EL DISEÑO Y MANUFACTURA DE HERRAMENTALES DE PRECISIÓN TIENEN EL PROPÓSITO DE TRANSFORMAR UN MATERIAL PARA OBTENER UN PRODUCTO. 1.- RECALCADO - (Para aumentar diámetros) 2.- EXTRUSIÓN DIRECTA - ( Para reducir diámetros)

3.- EXTRUSIÓN INVERSA– (Para formar agujeros) 4.- PERFORADO- (Para hacer agujeros con corte de material ) 5.- BRUÑIDO- ( Para pulir interiores) 6.- LAMINADO DE CUERDAS- (Para formar roscas de tornillos) 7.- TRIMER ( Para obtener piezas con aristas)

CORTE DE MATERIAL TRAMO DE ALAMBRE CORTADO Tope de alambre

El juego entre las caras adyacentes del cortador y boquilla varía con el tipo de material a cortar. Como punto de referencia este juego o separación puede ser .020 veces el diámetro del alambre.

Cuchilla

Rodillos de alimentación de alambre .

Boquilla de corte

Alambre

FORMA TÍPICA DE CUCHILLA DE CORTE

El diámetro interior de la cuchilla (d1) debe ser un 0.5 % mayor que el diámetro interior de la boquilla (o 1.5 mayor que el diámetro de alambre).

FORMA TÍPICA DE BOQUILLA DE CORTE

El diámetro interior de la boquilla (d1) debe ser superior aproximadamente en 1 % al diámetro de alambre.

Inserto de carburo de tungsteno

Camisa de acero

METODO DE RECALCADO

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REGLA DEL RECALCADO (relación longitud- diámetro)

La longitud máxima de material que se puede recalcar de un solo impacto, sin que se flexione el material, es de aproximadamente 2.3-2.5 veces el diámetro del material.

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REGLAS DE RECALCADO

Mediante un herramentales especiales deslizantes, se puede recalcar hasta 6.5 diámetros con una forma previa y el recalcado final.

DETALLES SOBRE LA FORMA DEL RECALCADO PREVIO

Material

A = Longitud de material a recalcar B = Diámetro del material C = 1.25 x B D = (B + C)/ 2 E máx. = 0,5 x D F máx.= 2,3 x D

Recalcado previo

Recalcado final

Perno Expulsor

Material

Matriz fija

MÉTODOS PARA RECALCADO Cabeceador

DADO DE FORJA EN FRÍO Perno forjado Inserto de material sinterizado

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Funda o carcasa de «acero aleado»

DISEÑO TÍPICO DE MATRIZ FIJA PARA RECALCAR INSERTO DE MATERIAL SINTERIZADO (carburo de tungsteno)

FUNDA O CARCASA «acero aleado»

Diámetros interiores deben ser lapeados

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RELACIÓN ENTRE DIÁMETROS DE CAMISA E INSERTO

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FORMAS DE RECALCADORES

Porta injerto

Injerto

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MÉTODOS DE REDUCCIÓN Y EXTRUSIÓN DIRECTA. Calculo del porcentaje de reducción de área (R.A.):

% Reducción de área= [ (área D−área d ) ∕ área D] X 100% A =Área de la sección transversal del material inicial a = Área de la sección transversal extruida REDUCCIÓN

EXTRUSIÓN

R.A >30% y < 80 %

R.A ≤ 30 % M.C MGR

DISEÑO TÍPICO DE MATRIZ FIJA PARA EXTRUSION FUNDA O CARCASA «acero aleado»

INSERTO DE MATERIAL SINTERIZADO (carburo de tungsteno)

NORMAS DE DISEÑO DE MATRIZ DE REDUCCIÓN DIRECTA

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NORMAS DE DISEÑO DE MATRIZ DE EXTRUSIÓN CERRADA

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EJEMPLO DE MATRIZ PARA EXTRUSIÓN DIRECTA Y RECALCADO

d1=15,73 mm d2=30 mm d3=75,0 mm

d4=28,1 mm d5=22,9 mm d7=14,55 mm d8=14,65 mm h1 =160 mm h8= 10mm h11=48,44 mm

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CABEZAS HEXAGONALES RECORTADA

HERRAMENTALES PARA DESBARBADO (TRIMER)

MATRIZ

PUNZON

LIMITES PARA LA EXTRUSIÓN INVERTIDA

E

DISEÑO DE PUNZÓN DE BRUÑIDO O CALIBRADO

Bruñido

Punzonado

DEFINICIÓN DE SECUENCIA

Conjunto de formas que va adquiriendo el material desde el tramo inicial hasta la obtención del producto final.

AHORRO DE MATERIAL Y ELIMINACIÓN DE VIRUTA -Secuencia de forja es una sucesión de formas del material que guardan una relación desde la materia prima hasta la forma terminada de la pieza.

masa a) = masa e)

EJEMPLO DE SECUENCIA DE FABRICACIÓN DE PIEZA FORJADA EN FRÍO

EJEMPLO DE SECUENCIA DE PARA FORJAR EN FRIO PARTE AUTOMOTRIZ.

AHORRO DE MATERIAL Y ELIMINACIÓN DE VIRUTA

La principal característica de la conformación plástica es un cambio permanente de forma mientras la masa de la pieza permanece constante. Con aproximación suficiente para fines de ingeniería, se puede aceptar que el volumen permanece constante durante el proceso de conformado en frio. M.C MGR

HERRAMENTALES EN LINEA

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ESQUEMA DE PROCESO TÍPICO DE PRODUCCIÓN DE FORJA EN FRÍO

Normalmente las maquinas para forjar tornillos en frío, son prensas horizontales que se alimentan de alambre

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PROCEDIMIENTO PARA EL DISEÑO DE SECUENCIAS Y HERRAMENTALES

1° Plantear un bosquejo de la secuencia. 2° Realizar cálculos para determinar su factibilidad. 3° Diseñar una secuencia según los elementos con que se dispone. 4° Diseñar los herramentales. 5° Determinar la capacidad de la maquina. - Capacidad de maquina. - Disponibilidad de diámetro de materia prima.

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LAMINADO DE CUERDAS -No hay arranque de viruta -Aumento de resistencia -Altos volúmenes de producción

CON PEINES PLANOS

CON RODILLOS

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LAMIADO DE CUERDAS

PEINES PLANOS

ACTIVIDAD 19 .- Visitar paginas web y explicar el método de laminado de cuerdas

PARÁMETROS QUE DEFINEN UN ELEMENTO MECÁNICO NORMALIZADO.

DIÁMETRO DE PASO (E) DIÁMETRO MAYOR (D) DIÁMETRO MENOR (K) PASO (P) ANGULO DE LA ROSCA (2α)

NOMENCLATURA DE ROSCAS EXTERNAS UNC Y UNF

Medida nominal Diámetro de rosca mayor

Diámetro de paso

Tolerancia diámetro de paso

1/2-20 UNF-1A

0.4987” 0.4865”

0.4662” 0.4598”

0.0064”

1/2-20 UNF-2A

0.4987” 0.4906”

0.4662” 0.4619”

0.0043”

1/2-20 UNF-3A

0.5000” 0.4919"

0.4675” 0.4643”

0.0032”

NOMENCLATURA DE ROSCAS INTERNAS UNC Y UNF

Medida nominal Diámetro de rosca menor

Diámetro de paso

Tolerancia diámetro de paso

0.4759” 0.4675”

0.0084”

1/2-20 UNF- 1B

0.4537” 0.4459”

0.4731” 0.4675”

0.0056”

1/2-20 UNF- 2B

0.4537” 0.4459”

0.4717” 0.4675”

0.0042”

1/2-20 UNF- 3B

0.4537” 0.4459"

MEDICIÓN CON MICROMETRO DEL DIÁMETRO DE PASO DE ROSCAS

Contactos en forma de cono y V