44740542 Problemas Procesos de Manufactura

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA

Procesos de manufactura -I

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍ INGENIERÍA A FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

Resolución De Problemas De Procesos De Manufactura PROFESOR: Ing. SILVA ALUMNOS: y ALVARADO ESPINOZA VIGOTSKY NESTOR

20074076EE 20074076

Sección͞A ͟ y HUAMANI ALEJO ITALO MARINHO Sección͞D ͟

20080206D

2010-II

1

Procesos de


Problema 1:

manufactura -I

(Cepilladora)

Se desea rebajar la altura de 18 mm de la barra del acero SAE 1050 según la igura , en 3 mm y en tres pasadas, usando la maquina cepilladora .La velocidad de f igura corte máxima de la cuchilla es de 40 m/min; ya para el desbaste , la velocidad de av ance lateral (a1) de la pieza es de 0,06 mm/rev del brazo (o carrera de trabajó).E l vaivén del brazo actúa a 80rpm (80 carreras de trabajo por minuto). a.

¿Cuál puede ser la mínima velocidad de la cuchilla de corte? o ¿es velocidad de corte constante? b. ¿Qué tiempo de corte consideraría ara una pasada de desbaste? c. Si el tiempo de instalación de la pieza y puesta en marcha de la máquina de tomar 15 min, y en tiempo muerto entre pasada y pasada es de 150% del tiempo de pasada. ¿qué tiempo total se necesita para realizar la operación d. e.

completa de maquinado? ¿Cuál es el volumen total de viruta extraída? ¿Cuál es el caudal de viruta en mm3/min?

SOLUCION a.

V ! 0 en los los exte extem mos de las las carr carrer eras as 0rev / min x0. x0.06mm / rev ! 4.8mm / min b. Va ! 80re 72 1.2 ! 72mm o LT " 60 mm, t ! ! 15 mi n o t " 12.5 mi n LT ! 60 x 1. 4.8 c.

tiempo t ot otal ! 15  3(15)  2(15)(1.5) ! 105 min

(min imo ) 1.5) ! 127. 127.5mi 5minn tiempototal ! 15  3(15)  3(15)(1.5 (max imo) 105 e t total e 127.5 min d.

(1)(20 x60  2 x15 15 x9  2 viruta ! 3 x(1

e.

por pasada : v ! 803 mm, t !

caudal promedio Q !

T

4

92 ) ! 3(0.803cm2 ) ! 2.41cm3

60mm ! 12.5 mi n 4.8mm / min

803mm3 3 ! 64.24 mm / mi n 12.5min

2



PROBLEMA 3 (F resadora)

Calcular el tiempo aproximado de una pasada para f resar un bloque de 220 mm de longitud, con una f resa cilíndrica de 30 mm de diámetro .La velocidad lineal de la mesa de la f resadora es 318 mm/min ,y tendrá una prof undidad de pasadade 5mm .

Solución

Observemos que el tiem p o de pasada por f resado cilíndr ico, según el acápite de movimiento de avance es de

la longitud total es: LT y

profundidad :

h 5 mm

luego LT

V L

30 mmJ

11mm

220  2 3  2 11

el tiempo es: t p

Tp

2

LT

3 mm

diametrodelafresa: D f 152  15  5

!

220 mm

asumiendo :

(

P

L 2 y 2(

:L

longitud

: T

248mm

248 in 318mm /

in

= 0.78 min = 47 seg

4

Procesos de


manufactura -I

Problema 4 (Engranajes)

Se tiene un sistema piñón de 23 dientes y engranaje de 78 dientes. El modulo de las ruedas dentadas es de 2.25. El piñón gira a 1800rpm. Calcular: a) La distancia entre centros LC. b) Los dímetros de paso d1,d2. c) La relación de transmisión r1. d) Las rpm del engranaje n2.

Solución:

Nos ref er iremos al acápite 1.5 EL modul o es m=2.25

z1

a ) LC

m

b) d1

m z1

d2

mz2

c)

r1

d ) n2



z 2

2.25

z

)

7

2

11 .6

mm

) 51, 75mm 2.25(7 ) 175.5 mm z2

d 2

n2

z1

d 1

r 1



2.25(2

n1

n1

(2

1 . 9

, r 1

7 2

5 1RPM

. 9

5



Problema 5 (Acabado superf icial)

La especif icación del acabado superf icial en un trabajo de torneado es de 0.8 µ m. El material de trabajo es hierro colado. Las condiciones de corte se han establecido como v=75 m/min, f=0.3 mm/rev y d=4.0 mm. Es necesario seleccionar el radio nariz de la herramienta de corte. Determine el radio nariz mínimo con el que se podría lograrse el acabado especif icado en esta operación . SOLUCIÓN

El mater ial a maquinar es hierro colado y la velocidad de cor te es 5 m/ min, entonces del cuadro se determina la relación

௔௜ ൌ ͳǤ͵

௔ ൌ ௔௜ ௜              ͲǤͺ ൌ ͳǤ͵ሺ ௜ ሻ              ௜ ൌ ͲǤ͸ͳͷ ଶ ଶ ିଷ ଶ ሺͲǤ ͵ ͳͲ ሻ ൌ ͵ʹሺ ௜ሻ ൌ ͵ʹሺͲǤ͸ͳͷ ͳͲି଺ሻ ൌ ͲǤͲͶͷ͹    ௜ ൌ ͵ʹሺ ሻ µ

Pero:

ൌ ૙Ǥ૙૝૞ૠ   

6

Procesos de


manufactura -I

Problema 6

Se realiza f resado plano para acabar una pieza de hierro colado antes de pintarla. El cortador de la f resadora tiene un diámetro de 80 mm y cuatro dientes igualmente espaciados. La carga de virutas se establece en 0.40 mm/diente, y la velocidad de corte es de 1.0 m/s. Estime la rugosidad superf icial para: a El f resado ascendente b El f resado descendente SOLUCIÓN

DATOS

f=0.4 mm/ diente D=80 mm diá metro de la f resa nt = 4 dientes

Se realiza un f resado plano o per ifér ico :

De los cuales puede ser ascendente o descendente:

Fresado ascendente

Fresado descendente

7


a


El f resado ascendente:

ଶ ͲǤ ͳ ʹͷ                        ௜ ൌ ቀ ʹቁ൅൬ ௧൰ ଶ ሺ ሻ ͲǤ ͳ ʹͷ ͲǤ Ͷ                        ௜ ൌ ቀͺͲቁ൅ ൬ሺͲǤͶሻሺͶሻ൰ ൌ ͲǤͲͲͲͶͻ͵͹ ʹ ൌ ͲǤͶͻ͵͹ ൌ ૙Ǥ૝ૢ૜ૠ ͳʹͷ ଶ ௧                        ௜ ൌ ቀ ʹͲǤቁെ൬ ൰ R eem plazando datos:

b El f resado descenden te:

R eem plazando datos:

ଶ ሺ ሻ ͲǤ ͳ ʹͷ ͲǤ Ͷ                ௜ ൌ ቀͺͲቁെ ൬ሺͲǤͶሻሺͶሻ൰ ൌ ͲǤͲͲͲͷͲ͸Ͷ ൌ ͲǤͷͲ͸Ͷ ʹ ൌ ૙Ǥ૞૙૟૝

8



Problema 7 (Fresadora)

En una o peración de f resado f rontal se está re ba jando en 5 mm el es pesor de un mater ial de 230x25mm, em pl eando una f resa de 30mm de diá metro y 5 dientes que gira a 120 r p m, el avance p or diente utilizado es 0.1mm. La potencia es p ecífica para las 3 condiciones descr itas es 0.04 KW min/ cm , y la eficiencia mecá nica de la f resadora es 5%.Calcular : El avance em pleado en la f resadora b La velocidad de avance mm/ min . c El tiem p o de mecanizado por pasada min cons iderando recorr ido en vacio de 5 a

d

mm. L a potencia entregada por el motor.

SOLUCIÓN

Datos:

Longitud=230mm Ancho=25mm Profundidad=5mm Diámetro de la f resa=30mm RPM=120

Avance por diente=0.1mm El avance ser á= 0.1mm 5 =0.5mm/rev. b La velocidad de avance : f = 0.5mm/rev x 120rev/min = 0mm/ min a

9

Procesos de


c

El tiem p o de mecanizado: Tm= L+D+U / Donde: L: Longitud de la pieza D: Diámetro de la f resa U: R ecorr ido en vacío

d

manufactura -I

f

ൌ ሺଶଷ଴ାଷ଴ାହሻ௠௠ ଺଴௠௠Ȁ௠௜௡

= 4.41 min

௖

K= Pc: potencia de cor te MRR: caudal de vir uta K: Potencia es pecífica de cor te MRR= anc ho x profu ndidad x Vf = 5mm x 25mm x 0mm/ min = 50mm3/ min Pc= 0.04KW min/cm3 x .5cm3/ min =0.3KW

10

Procesos de


manufactura -I

Problema 8 (Esmerilado)

Se usa una operación de esmerilado cilíndrico para acabar el interior de un orif icio desde un diámetro inicial de 250.00 mm hasta un diámetro f inal de 252.2 mm. E l orif icio tiene una longitud de 125 mm. Se usa una rueda de esmerilado con un diámetro inicial de 150 mm y una anchura de 20 mm. Después de la operación, el diámetro de la rueda esmeril se ha reducido a 149.75 mm. D etermine la relación de esmerilado para esta operación . SOLUCIÓN

Rueda de esmer il inicial: 150 0 2

Rueda de esmer il final: 149,75

0 2

Mater ial a esmer ilar : 250

5 2 1

252,2

R e presentación exagerada: Material a remover

11

Procesos de


manufactura -I

Esmer ilado cilíndr ico: en este caso

Esmeril

Pieza

ൌ ௪௚    GR= relación del esmer ilado Vw=volu men del mat er ial removido Vg =volumen que se gasta durante el proceso

௪ ൌ Ͷ ൫ ௙ ଶ െ ௜ ଶ൯ ௚ ൌ Ͷ ൫ ௙ ଶ െ ௜ ଶ൯

ൌ Ͷ ሺʹͷʹǤʹଶ െʹͷͲଶሻͳʹͷ ൌ ͳͲͺͶ͸͹ǤͶ ଷ ൌ Ͷ ሺͳͷͲଶ െͳͶͻǤ͹ͷଶሻʹͲ ൌ ͳͳ͹͹Ǥͳͳͷ

ଷ

Entonces reem plazamos en la ecuac ión

ଷ ͳͲͺͶ͸͹Ǥ Ͷ  ௪ ൌ ௚ ൌ ͳͳ͹͹Ǥͳͳͷ ଷ ൌ ͻʹǤͳͶ

ൌ ૢ૛Ǥ૚૝

12



Problema 9 (Esmerilado)

En cierta operación de esmerilado de superf icies el diámetro de la rueda es 150 mm y el av ance normal es 0.07 mm. La velocidad de la rueda es 1450 m/min, la velocidad del trabajo es 0.25 m/s y el av ance transversal es 5 mm. El numero de 2 granos activos por área de la superf icie de la rueda es 0.75 granos/mm . Determine. a) La longitud promedio por viruta b) La velocidad de remoción del metal c) El numero de virutas f ormadas por unidad de tiempo para la porción de la operación cuando la rueda está trabajando.

SOLUCION: Datos D= 150 mm D= 0.0 mm V= 145000 mm/ min Vw=0.25×103 mm/s

W= 5 mm C = 0. 5 granos / mm2 Lc=¥ D×d Lc=¥ 150×0.0 Lc= 3.24 mm Mrr =Vw×w×d Mrr =0.25×103×5×0.0 Mrr =8 .5 mm3/s nc=v×w×C nc=1450000×5×0. 5 nc=543 500 vir utas/s

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Procesos de


manufactura -I


Se tiene un eje de 4 1/4 pulgadas de diámetro y 200 mm de longitud, el material SAE 8630 de una máquina limadora. Se desea f abricar sobre el eje un canal chavetero de tipo Woodruff de ancho 12 mm y prof undidad 17.3mm. S e usará una f resa cilíndrica de 90 mm de diámetro exterior de los labios y 24 mm de diámetro de su agujero de montaje al husillo. Los f ilos son de pastillas carburadas y 5 labios. El f abricante recomienda para la f resa un av ance de 0.22 mm/labio para maquinado de aceros al carbono y 0.10 mm/labio para maquinado de aceros aleados. El maquinado se realizará en una sola pasada, dejando el canal acabado. El retiro de la f resa antes del corte es de 4mm. La f resadora tiene una potencia nominal de 2hp. a) ¿Cuál es el volumen de viruta desalojado? b) ¿Cuántas rpm recomienda para la f resa? c) ¿Cuál es la velocidad de av ance en mm/min con qué se debe ascender la mesa de trabajo para el maquinado de canal? d) ¿Cuál es el tiempo de pasada del f resado?

MATERIAL

Acero

Acero

Acero

Hierro

Láton

Metales

1010

1050

aleado

f undido

(Cu, Zn)

Ligeros

Fresado cilíndr ico

12

10

8

22

30

0

Fresado f rontal

15

12

10

28

40

5

Tabla

2. Volumen admisible de viruta al f resar V (cm3/K W-min)

MATERIALES

Acero blando SAE 1010,

HERRAMIENTA O FRESA PASTILLA ACERO DE AL TA VELOCIDAD CARBURADA

1110,1020,1120 18 -2 Acero mediano SAE 1030, 1130, 1045 15 - 24 Acero duros y aceros aleados -15 Tabla 3. Velocidades de corte para la f resa ³Vc´ ( m/min)

45 - 5 35 - 0 30- 45

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Procesos de


manufactura -I

SOLUCIÓN

ൌ൬ Ǥ ൰

    ൌ ሺ Ȁ ሻǤ ሺ

Ȁ ሻǤ ሺ ሻ

V=volumen admisible de vir uta ta bla 1 b=anc ho del mater ial o de la f resa mm, pulg e=profu ndidad de pasada o ancho de vir uta mm, pulg Pot= potencia nominal kw-HP a

El volu men de vir uta desa lo jado se calcula de la Tabla 1, el acero SAE 8 30 es un tipo de acero aleado y se está utilizando f resa cilíndr ica, entonces el volumen de vir uta desalo jado es V=8 cm3/K W-min

b

ൌ ଶ௏ௗ೑೎

n:velocidad de giro de la f resa Vc: velocidad recomendada de cor te ta bla 2 df : diámetro mayor de la herramienta o f resa

Hallamos ³n´, la velocidad de cor te se o btiene de la ta bla 2, es decir : 30 -45 m/ min. Si es des baste conviene 30 m/min y si es aca bado 45 m/ min p ero el avance de b er á ser menor.

c)

ൌ ʹሺ͵ͲͻͲ Ȁ ሻ Ǥ ʹͳ  ൌ ሺ Ȁ ሻǤ ሺ  ൌ ͲǤͳͲሺ Ȁ ሻǤͷሺ

Pero tam bién:

Ǥ ͳͲͲͲͳ ൌ ͳͲ͸ǤͳͲ ൌ ૚૙૟Ǥ૚૙ Ȁ ሻǤ ሺ ሻ Ȁ ሻǤͳͲ͸ǤͳͲሺ ሻ ൌ ૞૜ Ȁ

Pot=2Hp=1.4 1 KW

ଷ ଷ ͺ ሺ Ȁ െ ሻ ͳͲͲͲ  ൌ ൬ Ǥ ൰ ൌቆ ͳʹ Ǥ ͳ ͹Ǥ ͵ ቇ ͳ ଷ ͳǤͶͻͳ ൌ ͷ͹ǤͶͷ Ȁ 15



ൌ ૞ૠǤ૝૞ Ȁ

Entonces tenemos dos valores para VL se escoge el menor. La velocidad de avance de la mesa es:

ൌ ૞૜ Ȁ

d

ൌ ௏೅ಽ ் ൌ ൅ʹ ൅ο οǣ ଶ ௙ ଶ ௙ οൌ ඨ ቆ ʹ ቇ െቆ ʹ െ ቇ ൌඥ ሺͶͷሻଶ െሺͶͷ െ ͳ͹Ǥ͵ሻଶ ൌ ͵ͷǤͶ͸ οൌ ૜૞Ǥ૝૟ ௣

donde:

L: longitud del mater ial y: retiro de la pieza

y= 4mm dato del pro blema L=200mm

൅ ʹ ൅ οൌ ʹͲͲ ൅ʹሺͶሻ ൅ ͵ͷǤͶ͸ ൌ ʹͶ͵ǤͶ͸ ൌ ૛૝૜Ǥ૝૟ ൌ ૞ૠǤ૝૞ Ȁ ଺௠௠ ൌ ͶǤͷͻ ൌ ௏೅ಽ ൌ ହଷଶସଷǤ௠ସ௠Ȁ௠௜௡

்ൌ

௣

Entonces el tiem po para mecanizar lo es:

ൌ ૝Ǥ૞ૢ 16



Problema 11 (Cepilladora)

Una limadora trabaja a razón de dos carreras por segundo y se emplea para mecanizar una pieza de 150 mm de largo con una velocidad de corte de 0.5 m/s usando un av ance de 0.4mm y una prof undidad de corte de 6 mm. Calcular: a) El tiempo total de de mecanizado para producir 800 piezas de 100 mm de ancho b) El porcentaje de este tiempo en el cual la herramienta no está en contacto con la pieza. c) El material removido por unidad de tiempo durante el mecanizado.

SOLUCIÓN

Datos: N=2rev/seg L=150mm Ver locidad de cor te=0.5m/s

Avance=0.4mm Profundidad de pasada= mm Tiem p o de mecanizado Tm=b/ a.n =100mm/ 0.4x2 =125s para una pieza Para 800 piezas Ttotal=125x800=1

.

min

El metal removido o caudal de vir uta : MRR= Vc x Ac Vc: Velocidad de cor te

Ac: Área de cor te MRR= 0.5m/s x 0.4mm x mm =1.2cm3/s

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Procesos de


manufactura -I

Problema 12 (cepilladora)

Calcular la velocidad de corte, la velocidad de retroceso y la velocidad media del carro de una limadora cuy a longitud de carrera de trabajo es 0.03 minutos y en la carrera de retorno 0.015 min ¿cuál debe ser la longitud máxima de la pieza a maquinar para este caso?

SOLUCION:

VELOCIDAD DE CORTE:

VELOCIDAD DE RETROCESO:

௖

VELOCIDAD MEDIA:

Asumiendo Y= .5mm

௠ ൌ ௧೎೟ ൌ ଴Ǥଷ଺଴௠௠ ൌ ͳʹ ଴ଷ௠௜௡ ௠௜௡ ௠ ൌ ʹͶ ௥ ൌ ௧ೝ೟ ൌ ଴Ǥଷ଺଴௠௠ ଴ଵହ௠௜௡ ௠௜௡ ଵଶǤଶସ ൌ ͳ͸ ௠௜௡௠ ௠ ൌ ଶ௩௩ ା௩௥Ǥ௩௥ ൌ ଶǤଵଶାଶସ ௖

௖

tenemos: 3 0= .5+L+2 .5

La longitud máxima de be ser :

L=33 .5

18


Problema


13 (cepilladora)

Se quiere mecanizar una obra de 380 mm x 540 mm en una cepilladora de codo la cual la distancia de la biela es de 400 mm. Para ef ectuar este trabajo la máquinaherramienta se regula a 27 ciclos/min. Siendo el avance de 1.5 mm/rev. Para estas condiciones de trabajo se pide determinar: a) El recorrido angular de trabajo de la coliza. b) El radio de giro de la coliza c) La máxima velocidad de corte d) El tiempo neto que se empleara en ejecutar una pasada a la superf icie

SOLUCION:

lar go = 540 mm ancho = 380 mm biela = 400 mm N RPM = 2 ciclos/ min Avance= 1.25mm/rev R ecorr ido angular del tra ba jo

ൌ ൅ʹ

L= 540 mm B= 380 mm R = 480 mm L/2R=r /b r =25 .5 mm

r = 540 380

/ 2 400

ൌ ሺ Ȁʹ ሻ            ൌ ሺͷͶͲȀͺͲͲሻ ൌ ͶʹǤͷ ൌ ൅ ʹ Ͷʹǡͷ º

= 2 4. º

La máxima velocidad de cor te Vcmax= 2×ʌ×r× N×R

/ b+r

Vcmax= 2×ʌ×25 .5×2 ×400

/ 380+25 .5

Vcmax=2 .34 m/ min

Tiem po de Cor te Tc=

Ȁሺ

2×ʌ× N

Tc=2 4. / 2×ʌ×2 =1.5 min

19




Se desea realizar un canal de sección triangular de 20 mm de ancho cuyo ángulo en el vértice es de 60º; para este f in se empleará una f resa periférica de f orma de 120 mm de diámetro y 21 dientes, recomendándose no exceder una velocidad de corte de 20 m/min ni un av ance de dientes de 0.08 mm.La potencia especí fi ca de corte del 3 material puede considerarse constante e igual a 0.2K w.min/cm. La f resadora a emplear está equipada con un motor de 3 K w y su rendimiento es de 70% y permite disponer de las siguientes velocidades en el husillo y av ances de la mesa. R PM del husillo 32, 38, 50, 65, 85, 110, 142, 185, 240, 315 Vf (mm/min) 39, 50, 62, 75, 90, 110, 130, 153 Seleccionar las condiciones de operación para realizar el canal v en el menor número de pasadas posibles, determine el número de pasadas de igual potencia y la prof undidad en cada pasada en caso de requerirse más de una.

SOLUCIÓN Vc=

గ஽

ଵ଴଴଴

ଵ଴଴଴ሺ௏ ሻ ሺଵଶ଴ሻ

, entonces N=

௖

గ

N=53.05 RPM escogemos N=50RPM Hallando el avance em pl eado: a= 0.08mm/ diente x 21 dientes/rev =1. 8mm/rev Hallando la velocidad de avance Vf =a. N= 1. 8 mm/rev x850 rev/ min =84mm/ min escogemos Vf = 5mm/ min

La potencia es p ecífica de cor te K=Pc/MRR MRR= Ac x Vf Ac=bx 10¥3 x Vf Hallando el caudal de vir uta MRR= 1 .32mm

5mm/ min 20mm =25. 8cm3/min

20



Pc= k x MRR =0.2K wmin/cm3x25. 8cm3/ min=5.1 K w Luego se o bserva que la pot encia requer ida es mayor que la que tenemos como dato entonces tenemos que re ba jar la profundidad, se demu estra que con 2 pasadas tam p oco cu m pl e. 2.5 8 K w>2.1K w

Con 3 pasadas si cum ple las condiciones y lo demostramos: P/3=P¶=1 .32/3=5. 33mm profundidad de pasada MRR= 5. 33 20

5 =8. 5

3

cm /min

Hallando la potencia de cor te: Pc= 8. 5

cm3/min x 0.2min/ cm3 =1. 3K w

BIBLIOGRAFIA: y

Libro: Fundamentos de manufactura moderna Autor: Juan Carlos Goñi Edición de Desarrollo, Editorial Universidad de Lima

y

Libro: MÁQUINAS INSTRUMENTOS Y RPOCESOS DE MANUFACTURA Autor: Mikell P. Groover Tercera Edición

21

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