diseño y construcción de un sistema mecatrónico para el

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

Unidad Profesional Interdisciplinaria en Ingeniería y Tecnologías Avanzadas

Trabajo Terminal

“Diseño y construcción de un sistema

mecatrónico para el doblado y pegado

de cajas de cartón de diferentes

dimensiones”

Que para obtener el título de

Ingeniero en Mecatrónica

Presentan:

Ulises Abelleyra Martínez Gabriela Berenice Jiménez Martínez

Julio 2012

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

Unidad Profesional Interdisciplinaria en

Ingeniería y Tecnologías Avanzadas

Trabajo Terminal

“Diseño y construcción de un sistema

mecatrónico para el doblado y pegado

de cajas de cartón de diferentes

dimensiones”

Que para obtener el título de

Ingeniero en Mecatrónica

Presentan:

_________________________ ________________________________ Ulises Abelleyra Martínez Gabriela Berenice Jiménez Martínez

Asesores:

_________________________ _________________________________ M. en C. Alfredo Colín Ávila M. en C. Alejandro Escamilla Navarro

Presidente del Jurado: Secretaria:

______________________________ ___________________________ M. en C. Griselda Sánchez Otero M. en C. Cecilia Fernández Nava

Índice UPIITA -IPN

I

ÍNDICE

ÍNDICE ................................................................................................................................................................................ I

AGRADECIMIENTOS .......................................................................................................................................................... III

RESUMEN ...................................................................................................................................................................... VIII

OBJETIVOS ......................................................................................................................................................................... X

OBJETIVO GENERAL .................................................................................................................................................................... X

OBJETIVOS PARTICULARES ............................................................................................................................................................ X

ÍNDICE DE TABLAS ............................................................................................................................................................. 1

ÍNDICE DE FIGURAS............................................................................................................................................................ 2

INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................................................. 4

JUSTIFICACIÓN................................................................................................................................................................... 8

CAPÍTULO I. PANORAMA GENERAL .................................................................................................................................. 10

1.1. ANTECEDENTES ........................................................................................................................................................... 10

1.1.1. Caja de cartón ................................................................................................................................................ 10

1.1.2. Máquinas existentes en el mercado .............................................................................................................. 12

1.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .................................................................................................................................... 17

1.2.1. Descripción del problema .............................................................................................................................. 17

1.2.2. Identificación de las necesidades ................................................................................................................... 18

1.3. PROPUESTA PARA SOLUCIÓN DEL PROBLEMA ..................................................................................................................... 18

CAPÍTULO II. DESARROLLO ............................................................................................................................................... 22

2.1. DISEÑO MECATRÓNICO ................................................................................................................................................. 22

2.2. INGENIERÍA DETALLADA ................................................................................................................................................ 22

2.2.1 DETERMINACIÓN DE LOS MECANISMOS ............................................................................................................................ 23 2.2.1.1. Distribuidor ....................................................................................................................................................................... 24 2.2.1.2. Mecanismo de engomado ................................................................................................................................................. 27 2.2.1.3. Mecanismo de doblado ..................................................................................................................................................... 29 2.2.1.4. Mecanismo transportación ............................................................................................................................................... 31 2.2.1.5. Mecanismo de sujeción ..................................................................................................................................................... 35 2.2.1.6. Contador ........................................................................................................................................................................... 37 2.2.1.7. Mecanismo de separación de cajas dobladas ................................................................................................................... 38 2.2.1.8. Mecanismo de fijado de pegamento ................................................................................................................................. 39

CAPÍTULO III. VALIDACIÓN DEL SISTEMA ......................................................................................................................... 45

3.1 PRUEBAS DEL DISTRIBUIDOR .................................................................................................................................................. 45

3.2 PRUEBAS DEL MECANISMO DE TRANSPORTACIÓN ...................................................................................................................... 46

3.3 PRUEBAS DEL MECANISMO DE ENGOMADO .............................................................................................................................. 47

3.1 PRUEBAS DEL MECANISMO DE SUJECIÓN PARA DOBLAR LAS LÁMINAS DE CARTÓN Y PRUEBAS DEL MECANISMO DE DOBLADO .................... 48

Índice UPIITA -IPN

II

3.2 PRUEBAS DEL CONTADOR ..................................................................................................................................................... 50

3.3 PRUEBAS DEL MECANISMO DE SEPARACIÓN DE CAJAS DOBLADAS .................................................................................................. 51

3.4 PRUEBAS DEL MECANISMO DE FIJADO DE PEGAMENTO ............................................................................................................... 52

CAPÍTULO IV. CONCLUSIONES .......................................................................................................................................... 54

BIBLIOGRAFIA .................................................................................................................................................................. 56

ANEXO A. PROCESO ACTUAL DE DOBLADO Y PEGADO LINEAL DE CAJAS DE CARTÓN ...................................................... 59

ANEXO B. DIAGRAMAS DE CONTROL Y POTENCIA ........................................................................................................... 63

ANEXO C. MANUAL DE INSTRUCCIONES Y OPERACIONES DEL SISTEMA MECATRÓNICO PARA EL DOBLADO Y PEGADO DE

CAJAS DE CARTÓN DE DIFERENTES DIMENSIONES. .......................................................................................................... 66

ANEXO D. PLANOS DEL SISTEMA MECATRÓNICO PARA EL DOBLADO Y PEGADO DE CAJAS DE CARTÓN DE DIFERENTES

DIMENSIONES.................................................................................................................................................................. 92

Agradecimientos UPIITA-IPN

III

AGRADECIMIENTOS

Al PUEBLO DE MÉXICO

Gracias.

AL INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL Y A LA UPIITA

Por darme la oportunidad de forjar mi vida profesional en sus aulas, donde literalmente me

robaron el alma.

A MIS ABUELOS

REYNALDO JIMÉNEZ y CELERINA LUNA, por su experiencia de vida, sabiduría y consejos, por

el soporte brindado para lograr concluir esta etapa de mi vida. Por seguir ahí, guiándome a cada

momento. Esto se los debo a ustedes.

A MIS PADRES

ELBA YÁSCARA JIMÉNEZ y JOSÉ LUIS JIMÉNEZ porque son y serán el pilar esencial en mi

vida, porque a pesar de todo, han sido ese apoyo incondicional durante mi educación personal y

profesional. Por sus consejos, por ser parte de mis tristezas, alegrías y cuantas emociones

fluyeron a lo largo de esta etapa de mi vida, por todo su amor, por sus preocupaciones al querer

que sea mejor día con día, gracias por darme sus vidas en cada paso, en cada pensamiento, en

cada acción.

A MIS HERMANAS

ANA JIMÉNEZ y YACIRA JIMÉNEZ, por el aliento que me dieron para continuar día tras día y no

dejarme desistir en este proyecto, ni en mi vida. Por ese gran apoyo que me brindan, por su

cariño y por existir en mi vida, saben que las amo.

ULISES ABELLEYRA MARTÍNEZ

Por tu cariño, paciencia, consejos, conocimientos, tolerancia, comprensión, por el gran apoyo

que fuiste en mi vida, por tu capacidad de contenerme cuando la situación se complicaba, pero

sobre todo, por creer en mí. Gracias por haber compartido conmigo esta hermosa etapa de

nuestras vidas. Siempre estarás en mi corazón.


IV

A MI FAMILIA

Por su apoyo y cariño brindado a lo largo de este trayecto de mi vida, por sus consejos, sus

atenciones, su espacio, su tiempo, por cada pequeño esfuerzo que también pusieron para que

logrará concluir esta etapa de mi vida.

A MIS AMIGOS

Por compartir conmigo una maravillosa etapa de mi vida, por hacer de cada día algo especial en

ese lugar, por su apoyo constante e incondicional, por estar conmigo para no desistir nunca, por

seguir siendo parte de mi vida. Un amigo no sólo queda en tu corazón, si no que jamás sale de

él.

A todas aquellas personas que no recordé al momento de escribir esto.

Ustedes saben quiénes son.

Sinceramente,

Gabriela Berenice Jiménez Martínez


V

AL INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL Y A LA UPIITA

Por darme la oportunidad de poder aprender nuevas cosas y tener oportunidades únicas, las

cuales me forjaron como persona y me dieron la oportunidad de dar este gran paso.

A MIS ABUELOS

MARÍA LUISA FIGUEROA y MANUEL ARELLANO, por su experiencia de vida, sabiduría y

consejos, por todo el apoyo durante este tiempo, sus cuidados y su dedicación me forjaron como

persona, mostrándome que pese las cosas más difíciles siempre hay un mañana.

A MIS PADRES

MARCOS ABELLEYRA y FELISA MARTÍNEZ porque siempre se mantuvieron de pie, siempre

lucharon por mí y dieron lo mejor día a día, por sus enseñanzas diarias, por mostrarme que

siempre puedo sacar lo mejor de cualquier circunstancia sin importar lo difícil que sea, por el

gran amor que me otorgaron y sus oraciones diarias.

A MIS HERMANOS

FRANCISCO MANZANARES e IVET FLORES, por todo ese apoyo diario, sus risas y su

compañía, gracias por estar conmigo en todo momento por más difícil que este fuera.

GABRIELA BERENICE JIMÉNEZ MARTÍNEZ

Por tu furia, tu risa, tu llanto, tu alegría y tus ganas de seguir adelante, me alivias mi día

en cada momento y me das la oportunidad de ser una mejor persona, por todo el amor y

apoyo brindado eres mi alma y mi ser, te amo.

Ulises Abelleyra Martínez


VI

A NUESTROS PROFESORES

M. EN C. JOSÉ ALFREDO COLÍN ÁVILA por su dedicación constante en el desarrollo de éste

proyecto, por sus oportunas correcciones, paciencia y consejos brindados a lo largo del

desarrollo de este trabajo terminal.

M. en C. ALEJANDRO ESCAMILLA NAVARRO por el apoyo y los conocimientos que nos

proporcionó para llevar a cabo este proyecto.

M. en C. CECILIA FERNÁNDEZ NAVA por sus atinadas correcciones y consejos brindados

durante el desarrollo del proyecto.

M. en C. GRISELDA SÁNCHEZ OTERO por sus consejos, ayuda y soporte constante durante el

desarrollo de este proyecto.

M. en C. FERNANDO VALLEJO AGUIRRE por todo el apoyo incondicional que nos proporcionó

a lo largo de esta etapa de nuestra vida, por su tiempo y dedicación, pero sobre todo por todos

esos consejos, asesorías y ayuda que prevaleció durante nuestra trayectoria profesional.

M. en C. JULIO CÉSAR FLORES URBINA por sus consejos, asesorías, apoyo constante, por su

gran amistad, por estar en esos momentos difíciles para guiar nuestro camino.

M. en C. FARIDE ADRIANA CHAVEZ ESPINOZA por todo el apoyo, consejos, conocimiento

brindado durante nuestra trayectoria profesional dando pauta, a enriquecer nuestro desarrollo

personal.

M. en C. JOSÉ ANTONIO GALVÁN PASTRANA por el apoyo, consejos y ese optimismo

transmitido a lo largo de la estancia en la UPIITA.

DR. PABLO MENDOZA ITURRALDE gracias por esos consejos, por las asesorías y por hacer

tan amena la estancia en la unidad.


VII

A todos aquellos profesores que durante el trayecto de nuestros estudios nos brindaron,

aportaron y dejaron sus conocimientos y experiencias. Gracias.

AL ING. JAVIER MANZANARES MARTÍNEZ

Por su colaboración, apoyo y conocimientos otorgados para llevar a cabo este trabajo terminal

realizado, sin su participación no hubiera sido posible su desarrollo.

Con aprecio,

Ulises Abelleyra Martínez y Gabriela Berenice Jiménez Martínez.

Resumen UPIITA -IPN

VIII

RESUMEN

Las cajas de cartón hoy en día son utilizadas para la contención de una gran variedad de

productos en diferentes industrias, la función principal de las cajas de cartón es facilitar

la transportación del producto, siendo un envase de uso fácil ya que con frecuencia el

usuario debe abrirlo y cerrarlo constantemente.

Existen diversos tipos de cajas de cartón de múltiples tamaños, formas, tipo de cartón

(caple y cartulina SBS) así como acabados (laminado plástico, barniz UV, etc.) que

algunas cajas requieren ya sea para la presentación de ésta, o porque lo demanda el

producto.

El presente trabajo, trata sobre el diseño y construcción de un sistema mecatrónico para

el doblado y pegado lineal de cajas de cartón de diferentes dimensiones, él cuál consiste

en unir la caja de cartón previamente suajada y desbarbada mediante dos dobleces, para

su posterior armado, éste formará parte de una línea de producción.

Es importante mencionar que este sistema está proyectado para una producción por

lotes, es automático, sin embargo, el usuario deberá intervenir para algunos ajustes

como son: las dimensiones de la lámina de cartón, así como la capacidad que se

requiere de producción.

Se muestra y describe brevemente el método y el proceso realizado para el desarrollo

del sistema de doblado y pegado de cajas de cartón y finalmente se exponen las

conclusiones y los resultados obtenidos.

Palabras clave: sistema, mecatrónico, doblado, pegado, cajas, cartón, producción,

lineal.

Abstract UPIITA-IPN

IX

ABSTRACT The cardboard boxes nowadays are used for the containment of a variety of products in

different industries, the main function of the cardboard boxes is to facilitate the

transportation of the product, this must being a user-friendly packaging due to the user

sometimes needs to open and close the container constantly.

There are several types of boxes of multiple sizes, shapes, types of cardboard (Caple

and SBS) and finishes (plastic laminate, UV varnish) that some cases require either for

presenting it, or for the product demand.

This paper discusses the design and construction of a mechatronic system for fold and

glue lineal cardboard boxes of different sizes, this system is part of a production line.

It is noteworthy that this system is designed for batch production, is automatic, however,

the user must intervene for some adjustments as: the dimensions of the box, as well as

the required production capacity.

It lists and describes briefly the method and the process carried out for completing the

system of folding and gluing cardboard boxes and finally presents the conclusions and

results.

Keywords: system, mechatronics, fold, glue, boxes, cardboard, production, lineal.

Objetivos UPIITA -IPN

X

OBJETIVOS

Objetivo General

Diseñar y construir una máquina automatizada para el pre-armado de cajas de cartón de

diferentes dimensiones para empacado de producto terminado.

Objetivos Particulares

Diseñar y construir un mecanismo para la contención de las láminas de cartón

suajadas y limpiadas de diferentes dimensiones.

Diseñar y construir el mecanismo de engomado.

Diseñar y construir el mecanismo para el primer y segundo doblez de las láminas.

Diseñar y construir el mecanismo para fijar el pegamento.

Diseñar y construir el sistema para el conteo y separación de cajas.

Índice de tablas UPIITA-IPN

1

ÍNDICE DE TABLAS

TABLA 1. CARACTERÍSTICAS DE LA MÁQUINA DIANA 135 .......................................................................................... 14

TABLA 2. CARACTERÍSTICA DE LA MÁQUINA 58 III. .................................................................................................... 15

TABLA 3. CARACTERÍSTICA DE LA MÁQUINA VICART 620 .......................................................................................... 16

TABLA 4. COMPARACIÓN DE LAS MÁQUINAS DIANA 135, 58 III, VICART 620 Y MDPCC ............................................. 16

Índice de figuras UPIITA -IPN

2

ÍNDICE DE FIGURAS

FIGURA 1. DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO DE PEGADO Y DOBLADO MANUAL DE CAJAS DE CARTÓN. ....................... 6

FIGURA 2. MEDIDAS DE LA CAJA DE CARTÓN. ................................................................................................................. 11

FIGURA 3. MÁQUINA DOBLADORA Y PEGADORA DIANA 135. ......................................................................................... 13

FIGURA 4. ESQUEMA DE UNA CAJA DE CARTÓN. ............................................................................................................. 14

FIGURA 5. MÁQUINA DOBLADORA Y PEGADORA 58 III. .................................................................................................. 15

FIGURA 6. MÁQUINA DOBLADORA Y PEGADORA VICART 620. ........................................................................................ 15

FIGURA 7. ETAPAS DEL PROCESO DE ARMADO DE CAJAS. ............................................................................................... 18

FIGURA 8. ESQUEMA DE DOBLEZ. .................................................................................................................................... 20

FIGURA 9. DISTRIBUIDOR ................................................................................................................................................ 25

FIGURA 10. MECANISMO DE ENGOMADO ....................................................................................................................... 27

FIGURA 11. MECANISMO DE DOBLADO ........................................................................................................................... 30

FIGURA 12. AJUSTE DE DOBLADOR .................................................................................................................................. 31

FIGURA 13. MECANISMO DE TRANSPORTACIÓN ............................................................................................................. 32

FIGURA 14. MECANISMO DE DOBLADO COLOCADO EN EL MECANISMO DE TRANSPORTACIÓN ...................................... 35

FIGURA 15. MECANISMO DE SUJECIÓN PARA DOBLAR LAS LÁMINAS DE CARTÓN .......................................................... 36

FIGURA 16. CONTADOR Y SENSOR ................................................................................................................................... 38

FIGURA 17. ACTUADOR UNIVERSAL ................................................................................................................................. 38

FIGURA 18. MECANISMO DE FIJADO DE PEGAMENTO ..................................................................................................... 41

FIGURA 19. GABINETE...................................................................................................................................................... 42

FIGURA 20. COLOCACIÓN DE LAS LÁMINAS DE CARTÓN Y AJUSTE DE SEGUROS .............................................................. 45

FIGURA 21. DISTRIBUCIÓN DE UNA POR UNA, SEPARACIÓN ENTRE LÁMINAS DE CARTÓN Y TRAYECTORIA LINEAL

CONSTANTE ..................................................................................................................................................................... 46

FIGURA 22. COLOCACIÓN DEL MECANISMO DE ENGOMADO. ......................................................................................... 46

FIGURA 23. MECANISMO DE SUJECIÓN COLOCADO EN EL MECANISMO DE TRANSPORTACIÓN. ..................................... 47

FIGURA 24. DISCO DE PRESIÓN Y DE ENGOMADO. .......................................................................................................... 47

FIGURA 25. ALZADORES EN FUNCIONAMIENTO, LÁMINA DE CARTÓN DESDE 0° HASTA 90° ............................................ 48

FIGURA 26. LÁMINA DE CARTÓN A TRAVÉS DE LOS DOBLADORES .................................................................................. 49

FIGURA 27. LÁMINA DE CARTÓN TRASLADADA AL PROCESO FINAL ................................................................................ 49

FIGURA 28. CONTEO DE CAJAS DE CARTÓN ..................................................................................................................... 50

Índice de figuras UPIITA -IPN

3

FIGURA 29. CONTEO DE CAJAS DE CARTÓN POR UNIDAD Y LOTES .................................................................................. 50

FIGURA 30. SEPARACIÓN DE LA CAJA DE CARTÓN PROGRAMADA POR EL USUARIO ....................................................... 51

FIGURA 31. PRENSA, FIJADO DE PEGAMENTO ................................................................................................................. 52

FIGURA A1. PRE-DOBLADO MANUAL DE LÁMINAS DE CARTÓN ....................................................................................... 59

FIGURA A2. ESCALERA DE LÁMINAS DE CARTÓN ............................................................................................................. 59

FIGURA A3. APLICACIÓN DE PEGAMENTO DE LÁMINAS DE CARTÓN ............................................................................... 60

FIGURA A4. DOBLADO Y PEGADO DE LÁMINAS DE CARTÓN ............................................................................................ 60

FIGURA A5. ENFAJILLADO DE CAJAS DE CARTÓN PREVIAMENTE CONTADAS ................................................................... 61

FIGURA B1. DIAGRAMA DE CONTROL .............................................................................................................................. 63

FIGURA B2. DIAGRAMA DE POTENCIA ............................................................................................................................. 64

Introducción UPIITA-IPN

4

INTRODUCCIÓN

La empresa “Acabado de cajas plegadizas MAR”, se dedica al doblado y pegado de

cajas de cartón impresas para empaque de una gran diversidad de productos, tales

como: cosméticos, productos farmacéuticos, refacciones para autos, velas, entre otros.

Este tipo de actividad se encuentra dentro de la industria de las artes gráficas.

El proceso general de fabricación de una caja de cartón se describe a continuación:

Llegada de materia prima. Ésta es recibida en forma de láminas de cartón para ser

almacenada.

Conversión de diseño. Se le da la trasformación necesaria para ser introducida en la

máquina offset.

Corte de cartón. La materia prima es cortada a las dimensiones requeridas, de manera

tal que se reduzca el desperdicio de cartón.

Preparación de máquina offset1. Se le introduce el diseño, así como las tintas que se

requerirán para el mismo.

Impresión. También es conocido como impresión litográfica, consiste en la impresión del

diseño de todo el lote de producción.

Acabados. Se realiza un terminado a la lámina de cartón, es decir, se le dan

características especiales pedidas por el cliente.

Inspección. Se verifica que la impresión y los acabados cumplen con los requerimientos,

mediante una realización visual.

Suajes. El lote de producción es llevado a máquinas suajadoras, las cuales realizan el

suaje a las cajas, este consiste en darle el corte final a la caja, para que se pueda armar,

incluyendo dobleces y cerrado final.

Desbarbe. Se retira el material de sobra de la lámina de cartón, dejando únicamente la

forma final de la caja.

1 Es un sistema de impresión que usa planchas de superficie plana, es el más utilizado por los impresores por la

combinación de buena calidad y economía.


5

Pegado y doblado. Existen máquinas dobladoras y pegadoras que realizan el proceso,

una vez concluida ésta operación la caja está terminada.

Inspección. Antes de ser empacado el lote, se verifican parámetros necesarios para

cubrir la calidad de la caja.

Empaque. Son introducidas a un embalaje con el fin de ser transportadas a su destino,

listas para armarse.

Esta empresa, realiza únicamente el proceso de doblado y pegado de cajas de cartón de

manera manual, ya que debido a los costos elevados de las máquinas existentes en el

mercado para realizar esta actividad les resulta imposible adquirir una.

Existen diversos tipos de cajas plegadizas y estás son clasificadas de acuerdo a su tipo

de pegue o cierre, ellas son: tubo, fondo automático, 4 ó 6 esquinas, pegue lineal, etc.

El sistema mecatrónico que se construyó, realiza únicamente el pegado lineal, ya que es

este tipo de caja de cartón del que se requieren grandes lotes de producción

(50,000 – 1,000,000 de unidades) con respecto a los otros tipos de doblado y pegado

mencionados.

Por lo que de aquí en adelante, únicamente se hará mención del doblado y pegado lineal

que realiza la empresa, el diagrama de flujo mostrado en la figura 1 muestra el proceso

de elaboración de este tipo de pegue de manera manual:


6

Figura 1. Diagrama de flujo del proceso de pegado y doblado manual de cajas de cartón.

Este proceso, genera a la empresa pérdidas económicas, debido a que tienen que

rechazar grandes lotes de cajas de cartón a fabricar, esto es porque no se cuenta con el

tiempo y el personal suficiente capaz de realizar tal producción. En el ANEXO A, se

muestran fotografías del proceso manual de doblado y pegado lineal de cajas de cartón.

Por lo tanto, esta empresa tiene la necesidad de mejorar sus tiempos y lotes de

producción de pegado lineal, con el fin de obtener un incremento económico, y así poder

disminuir el tiempo de entrega del producto terminado para poder realizar otra clase de

trabajos que le sean requeridos.

Por consiguiente, la realización del sistema mecatrónico atendió a esta necesidad, ya

que esté es capaz de realizar el doblado y pegado de las cajas de cartón de diferentes


7

dimensiones en menor tiempo comparado con el que se realizaba de manera manual, fue

costeable para la empresa ya que no se incluyeron gastos de ingeniería y mano de obra,

ésta, sólo cubrió los costos de los materiales implementados, se logró una mejora en la

calidad del doblado y pegado de las cajas de cartón, consiguiendo con esto el

incremento económico deseado.

Ahora bien, en este trabajo se describe el diseño y la construcción del sistema

mecatrónico para el doblado y pegado de cajas de cartón de diferentes dimensiones

distribuido en los siguientes capítulos:

Capítulo primero.- Panorama general sobre las cajas de cartón, explicación breve sobre

las maquinas dobladoras y pegadoras que existen hoy en día en el mercado, descripción

del planteamiento del problema y la solución aplicada.

Capítulo segundo.- Desarrollo llevado a cabo para la construcción final del sistema

mecatrónico.

Capítulo tercero.- Validación del sistema, en donde a través de diversas pruebas se

demuestra el funcionamiento del sistema mecatrónico construido, y las mejoras

requeridas para su funcionamiento.

En el capítulo cuarto.- Se muestran las conclusiones del proyecto realizado, así como

mejoras futuras que este puede presentar para un mejor desempeño.

Justificación UPIITA -IPN

8

JUSTIFICACIÓN

Actualmente, gran parte de las dobladoras y pegadoras de cajas de cartón, presentan

ciertas características como son: grandes dimensiones y alta potencia instalada, con esto

se logra un incremento en el costo de estas máquina; esto afecta a microempresas,

como es el caso de “Acabado de cajas plegadizas MAR”, quien se dedica al doblado y

pegado de cajas de cartón de manera manual como ya se ha mencionado.

Cabe mencionar que hoy en día, el capital económico que posee la empresa no es

suficiente para la adquisición de una máquina de pegado lineal, por lo que se ven

obligados a rechazar grandes lotes de producción (50,000 – 1,000,000 unidades), ya que

el personal con el que cuentan no es capaz de producir este trabajo en el tiempo

establecido por los clientes, por lo que para aumentar la productividad se tiene que

incrementar la cantidad de personal siendo no costeable para la empresa ya que

actualmente se persigue bajar costos de producción y reducir riesgos ergonómicos en los

empleados para garantizar su permanencia y eficiencia en la empresa.

Para lograr la disminución en los costos de producción se observó que la necesidad

principal de la empresa consiste en mejorar su manera de producción del doblado y

pegado de cajas de cartón, por lo que al estudiar las características de algunas de las

máquinas existentes en el mercado, se propuso como respuesta a tal necesidad,

construir un sistema mecatrónico para el doblado y pegado de cajas de cartón de bajo

costo y dimensiones menores en comparación con las máquinas actuales, como trabajo

terminal.

Dicho trabajo terminal pretende que el sistema realice un pegado lineal, con este

sistema, la empresa optimizaría su trabajo y ya no se vería en la necesidad de rechazar

otros lotes de producción, obteniendo una ganancia mayor a la que se tiene actualmente.

CAPITULO I

Panorama General

Capítulo I. Panorama General UPIITA-IPN

10

Capítulo I. PANORAMA GENERAL

1.1. Antecedentes

1.1.1. Caja de cartón2

Se define la palabra caja como aquel recipiente que, cubierto con una tapa suelta o unida

a la parte principal, sirve para guardar o transportar en él algo. La palabra cartón

significa: conjunto de varias hojas superpuestas de pasta de papel que, en estado

húmedo, se adhieren unas a otras por compresión y se secan después por evaporación

Una caja de cartón está compuesta de diversas partes, para fines de este documento

únicamente se hará mención a dos de ellas:

Paredes: Cualquier cara de una caja, excepto la tapa o el fondo.

Rayado: Hendidura, determinada por aplastamiento o por corte intermitente, hecho con

una lámina especial, con o sin corte, para facilitar el doblez uniforme.

Hoy en día, las cajas de cartón se utilizan sobre todo para el empaquetado de

mercancías y materiales, éstas se hacen de panel de fibras de madera acanalada, o de

cartulina, las cuales se pueden reciclar para producir papel.

Existe una gama diversa de cartón en la industria según la aplicación requerida, sin

embargo, para este trabajo únicamente se hará mención del tipo de cartón que doblará el

sistema mecatrónico: cartón caple y cartón sólido blanqueado o cartulinas SBS3, este

último es fabricado con pasta química blanqueada en las capas interiores y capas de

estuco en la cara superior y en el reverso. Se utiliza para envases de la industria

cosmética, farmacéutica, perfumería, entre otros.

2 RAE Diccionario de la Lengua Española, 2012

3 Cartulina Sulfatada SBS, es una cartulina plegadiza compuesta de fibra virgen de gran resistencia, alta blancura y

excelente recubrimiento garantizando una impresión de alta calidad.


11

Por otra parte, los fabricantes de cartón están prestando atención a los temas

relacionados con la salud, el medio ambiente y la legislación vigente sobre envases y

embalajes desechables. Por este motivo, buscan recursos renovables para elaborar todo

el material demandado.

La cartulina utilizada para la fabricación de envases, se comercializa en dos tipos de

acuerdo a su parte posterior:

Dorso marrón se la denomina dúplex.

Dorso blanco se la denomina triplex.

De acuerdo al tamaño, a la resistencia y prestación del envase, deberá utilizarse

cartulina, más o menos resistente, el valor por el cual se clasifica, es el gramaje, el cual

está dado por cuanto pesa la cartulina en gramos por metro cuadrado (gr/m2), a mayor

gramaje mayor espesor, resistencia, rigidez y cuerpo.

Los gramajes más comunes utilizados en la fabricación de envases van desde los 230

gr/m2 hasta los 400 gr/m2.

Las medidas de las cajas de cartón se expresan en mm. y normalmente el orden para las

mismas es el siguiente: 1. Largo (L), 2. Ancho (W) y 3. Alto (L1) como se ilustra en la

Figura 2.

Figura 2. Medidas de la caja de cartón.


12

Las cajas cierran en la base y en la parte superior con las “pestañas”. De acuerdo al tipo

de estas “pestañas” pueden ser, cajas con cierre galeno, fondo americano, fondo

automático, pegado lineal, siendo este último el que realiza el sistema mecatrónico.

Las formas, medidas, trazados y pestañas en los envases, se logran mediante un

proceso denominado troquelado, el mismo consiste en colocar la cartulina dentro de una

máquina troqueladora y mediante el uso de una matriz o troquel, el cual tiene flejes 4 de

corte y de trazado a las medidas exactas del futuro envase, se obtiene mediante presión

el envase.

El exterior de los envases, puede ser impreso de uno a cuatro colores y ser tipográfica5,

offset o serigrafía6.

Los envases, luego dé la impresión pueden llevar distintos tipos de laminados a fin de

realzar su terminación, barniz mate o brillante, barniz UV, polietileno, polipropileno,

poliéster.

Por lo que al realizar el pegado en acabados como estos, se requiere que la pestaña en

donde se aplicará el pegamento sea raspada o se evite en ella la colocación de los

acabados, con el fin de no de tener que invertir en un pegamento diferente al que se

utiliza, ya que esto implicaría un aumento en el costo de las cajas de cartón, razón

suficiente para reducir el lote de producción de las cajas.

1.1.2. Máquinas existentes en el mercado

Al realizar la investigación de las máquinas existentes en el mercado, se encontró una

gran variedad de modelos, siendo en su mayoría de importación, por lo que, para fines

4 Refuerzo perpendicular de las barras longitudinales de los elementos de hormigón armado sometidos a compresión.

(RAE Diccionario de la Lengua Española, 2011) 5 Técnica de impresión mediante formas que contienen en relieve los tipos que, una vez entintados, se aplican por presión

sobre el papel. (http://www.wordreference.com 2011) 6 Procedimiento de impresión que consiste en copiar sobre cualquier material el dibujo o imagen grabado en una matriz

de hilos de seda, metal o nylon, tamizando tintas y barnices especiales.


13

de comparación y decisión de las características de mejora del proyecto a realizar, se

eligieron las más representativas, considerando características como: costo y

dimensiones.

A continuación se muestran las máquinas más representativas del mercado, éstas

servirán de referencia para realizar las comparaciones pertinentes, para la toma de

decisiones del proyecto a diseñar.

Comenzando con una empresa extranjera, Heildergeb quien actualmente es una

empresa líder a nivel mundial en la fabricación de máquinas dobladoras y pegadoras de

cajas de cartón.

Una de las máquinas que fabrica es la DIANA 135 la cual se muestra en la Figura 3, esta

máquina cuenta con aditamentos especiales para otras aplicaciones.

Figura 3. Máquina dobladora y pegadora Diana 135.

La Figura 4 muestra el esquema general de una caja de cartón, el cual será utilizado

para la interpretación de las tablas sucesivas.


14

Figura 4. Esquema de una caja de cartón.

En la Tabla 1 se observan las características técnicas relevantes de la máquina que se

muestra en la Figura 3.

Tabla 1. Características de la máquina Diana 135

Características de máquina Diana 135

Largo 15.9 m Ancho 2.4 m Peso neto 12.120 ton Potencia total instalada 94 Hp Velocidad de la máquina máxima 500 (opc. 650) m/min W 75-1.350 mm Gramaje 250-900 (g/m2)

El costo de la máquina es USD $300,000 más IVA7 (aprox. $4, 651,020.00 M.N con IVA

incluido)8.

En el mercado nacional se encuentra Marvi, empresa dedicada a la producción de

máquinas dobladoras y pegadoras de cajas de cartón.

La Figura 5 muestra la máquina 58 III que es una con las que cuenta esta compañía.

7 El impuesto se calculará aplicando a los valores que señala esta Ley, la tasa del 16%. Párrafo reformado DOF 31-12-1982,

21-11-1991, 27-03-1995, 07-12-2009. (Ley del Impuesto al Valor Agregado). 8 Precio cotizado el 16/10/11, dólar en $13.3650, (Banco de México).


15

Figura 5. Máquina dobladora y pegadora 58 III.

La Tabla 2 muestra las características de la máquina 58 III:

Tabla 2. Característica de la máquina 58 III.

Características de máquina 58 III

Largo 5.4 m Ancho 1 m Peso neto 2.2 ton Potencia total instalada 4.5 Hp Velocidad de la máquina máxima 200 m/min W 580 mm Gramaje 200-700 (g/m2)

El costo en el mercado de esta máquina es de USD $21,000 más IVA (aprox.

$325,571.40 M.N. con IVA incluido)9.

Otra empresa importante dedicada a la creación de máquinas dobladoras es la compañía

española Vicart, la cual produce el modelo 620 que se muestra en la Figura 6.

Figura 6. Máquina dobladora y pegadora Vicart 620.

9 Precio cotizado el 16/10/11, dólar en $13.3650, (Banco de México).


16

En la Tabla 3 se muestran las características correspondientes a la máquina que se

muestra en la Figura 6.

Tabla 3. Característica de la máquina Vicart 620

Características de máquina Vicart 620

Largo 8.5 m Ancho 1.5 m Peso neto 2 ton Potencia total instalada 8 Hp Velocidad de la máquina máxima 220 m/min W 620 mm Gramaje 250-600 (g/m2)

Esta máquina tiene un costo de USD $22,500 más IVA (aprox. $348,826.50 M.N con IVA

incluido)10.

Se realizó una comparación mostrada en la Tabla 4, de las máquinas Diana 135, 58 III,

Vicart 620, esto servirá como guía para definir las características del sistema

mecatrónico a elaborar.

Tabla 4. Comparación de las máquinas Diana 135, 58 III, Vicart 62 0 y MDPCC

Características Diana 135 58 III Vicart 620 MDPCC

Peso neto 12.120 ton 2.2 ton 2 ton 0.4 ton Potencia total instalada

94 Hp 4.5 Hp 8 Hp 4 Hp

Velocidad de la máquina máxima

500 (opc. 650) m/min

200 m/min 220 m/min 160 m/min

Longitud 15.9 x 2.4 m 5.4 x 1 m 8.5 x 1.5 m 4.1 x 1.03 m

Precio USD $300,000 + IVA

USD $21,000 + IVA

USD $22,500 + IVA

-

En la Tabla 4 se observan algunos factores importantes en las máquinas existentes en el

mercado, así como las características aproximadas que tiene la máquina elaborada.

10

Precio cotizado el 16/10/11, dólar en $13.3650, Banco de México.


17

Se puede observar que las dimensiones de las máquinas son un factor importante, ya

que al tener una máquina de gran tamaño se tiene el inconveniente de transportarla y se

requiere de mayor espacio, por lo que la empresa en cuestión no puede instalar dichas

máquinas en su lugar de trabajo, razón por la cual, al tener una máquina de dimensiones

menores a las existentes en el mercado su transportación se facilita.

Estas máquinas son de un costo elevado por lo que la empresa no puede obtener una

debido a su capacidad económica, por este motivo, este trabajo terminal diseñó y

construyó un sistema mecatrónico con características similares a las máquinas descritas

con anterioridad como se puede apreciar en la Tabla 4, es decir, realiza el mismo

trabajo, sin embargo, posee dimensiones menores y el costo es reducido en

comparación con las del mercado actual.

1.2. Planteamiento del problema

1.2.1. Descripción del problema

En la empresa “Acabado de cajas plegadizas MAR” se ha presentado la necesidad de

reducir los tiempo de producción de pegue lineal de las cajas de cartón, ya que al

hacerlo de forma manual el tiempo para concluir el trabajo es mayor, al analizar la forma

de trabajo de la empresa, se evaluó que el proceso de doblado y pegado de los

productos es indispensable, por lo que cambiar el proceso no es una solución para la

mejora de su producción, se requiere buscar que los trabajadores intervengan lo menos

posible.

Es por esto que una máquina dobladora y pegadora lineal, sería la solución, sin

embargo, por el costo de estas máquinas es imposible su compra, de lo anterior se

plantea la pregunta siguiente, la cual responderá el desarrollo de la propuesta:

¿Cuál será un buen diseño de un sistema mecatrónico para el proceso de doblado y

pegado de cajas de cartón de diferentes dimensiones para la empresa “Acabado de

cajas plegadizas MAR”?


18

1.2.2. Identificación de las necesidades

Una vez conocida la problemática se realizó una búsqueda e identificación de las

necesidades a través de entrevistas con los encargados del área de producción para

tener mejor información sobre el proceso que realizaría la máquina.

Las necesidades más relevantes son:

El sistema mecatrónico debe ser de fácil mantenimiento y uso.

El sistema mecatrónico debe requerir la menor intervención posible del usuario.

El sistema mecatrónico debe ajustarse a las diferentes dimensiones de las cajas

de cartón.

El sistema mecatrónico debe separar las cajas dobladas que indique el usuario.

1.3. Propuesta para solución del problema

Diseñar y construir un sistema mecatrónico capaz de realizar el pegado lineal de cajas

de cartón de diferentes dimensiones, éste será capaz de contabilizar las cajas de cartón

producidas, mismas que serán separadas por la cantidad de unidades requeridas por el

usuario mediante un mecanismo, con la finalidad de facilitar su empaquetado y llevar un

registro de las cajas pegadas.

Para el diseño y construcción del sistema mecatrónico se muestra un diagrama en la

Figura 7 de los bloques de las etapas del proceso de armado de las cajas de cartón, las

cuales serán detalladas a continuación:

Figura 7. Etapas del proceso de armado de cajas.


19

Etapa 1: Colocación de las láminas y transportación para el doblado.

Se requiere de un mecanismo sobre el cual se inserten las láminas de cartón caple o

cartulina SBS de diferentes dimensiones, el cual deberá tener soportes para colocar las

láminas de cartón, el mecanismo debe permitir el paso de una lámina a la vez y se debe

ajustar a las diferentes dimensiones y gramajes de la lámina de cartón.

Etapa 2: Engomado

Se necesitará de un mecanismo capaz de colocar suficiente pegamento sobre la pestaña

de la lámina de cartón para su posterior pegado.

Etapa 3: Primer y segundo doblez

El pegado lineal, consiste en doblar primero la pestaña engomada llamándolo primer

doblez, para después colocar sobre ella la pared contraria a la engomada, es decir, el

segundo doblez, generando así la unión de ambas partes que componen a la caja como

lo muestra la Figura 8, para esto se necesita de un mecanismo para realizar el doblez de

la caja de cartón en movimiento, éste deberá ajustarse a las dimensiones de las cajas de

cartón a pegar.


20

Figura 8. Esquema de doblez.

Etapa 4: Mecanismo de conteo

En esta etapa se requiere de un mecanismo para realizar el conteo de las cajas de

cartón pegadas, éste debe separar las cajas de cartón pegadas cada cierto número, esto

se propone con el fin de evitar pérdida de tiempo en contar las cajas pegadas y así

enfajillar y empaquetar directamente.

Etapa 5: Mecanismo para el fijado del pegamento

Consiste en el fijado de pegamento de ambas pestañas, para ello es necesario un

mecanismo que logre aplastar la caja de cartón una vez doblada, para lograr que durante

un determinado tiempo la caja de cartón quede completamente pegada y así obtener el

producto listo para enfajillar y empaquetar.

CAPITULO II

Desarrollo

Capítulo II. Desarrollo UPIITA-IPN

22

CAPÍTULO II. Desarrollo

2.1. Diseño mecatrónico

Para tener un proceso adecuado del diseño mecatrónico, se utilizó el principio de

concurrencia, que permite evaluar varios puntos simultáneamente y corregir posibles

fallos. Este inicia con la generación de conceptos, donde se analizan todas las posibles

soluciones a las necesidades identificadas, revisando la tecnología disponible, se

elabora el diseño detallado y la simulación del prototipo.

La ventaja de este proceso es que al ser estructurado y documentado se puede recurrir a

cada una de las etapas para corregir y/o ajustar aspectos de diseño, forma, tecnología o

simplemente re-evaluación de las elecciones realizadas.

2.2. Ingeniería detallada

Se elaboraron una serie de preguntas mostradas en seguida, para dar solución a cada

uno de los mecanismos que se requerían para conformar el sistema mecatrónico.

1. ¿Cómo darle salida a las láminas de cartón y que esto sea de una por una?

2. ¿Cómo transportar las láminas de cartón a los procesos siguientes?

3. ¿Cómo colocar pegamento en la pestaña de la lámina de cartón?

4. ¿Cómo sujetar las láminas de cartón para poder ser dobladas?

5. ¿Cómo doblar las láminas de cartón?

6. ¿Cómo sujetar las cajas de cartón una vez dobladas?

7. ¿Cómo contar el número de cajas de cartón producidas?

8. ¿Cómo separar las cajas de cartón?

9. ¿Cómo lograr el fijado de pegamento de las cajas de cartón?

Como respuesta a cada pregunta se desarrollaron diversos conceptos que darían

solución al problema, para fines de este escrito solo se puntualizará la solución que se


23

llevó a cabo como resultado del análisis a través de una matriz de tamizaje, los puntos

evaluados fueron:

Costo

Eficiencia

Fabricación

Mantenimiento

A continuación se definen detalladamente los conceptos seleccionados para el diseño de

cada uno de los mecanismos que componen al sistema mecatrónico para el doblado y

pegado de cajas de cartón. Cabe mencionar que todos los diseños que se presentan en

este capítulo fueron elaborados en SolidWorks®.

2.2.1 Determinación de los mecanismos

Los mecanismos con los que se compone el sistema mecatrónico para el doblado y

pegado de cajas de cartón de diferentes dimensiones son los siguientes:

Distribuidor.

Mecanismo de engomado.

Mecanismo de doblado.

Mecanismo de transportación.

Mecanismo de sujeción.

Contador.

Mecanismo de separación de cajas de cartón.

Mecanismo de fijado de pegamento.


24

2.2.1.1. Distribuidor

Mecanismo diseñado y construido cuya función principal es la distribución de las láminas

de cartón a los siguientes mecanismos encargados de la transformación de éstas, para

formar una caja de cartón pre-armada.

Los aspectos considerados para realizar el diseño fueron:

Capacidad máxima de una pila de láminas de cartón de hasta 30 cm

aproximadamente.

Ajuste a diferentes dimensiones (15 – 50 ) y gramajes (230 - 400

⁄ ).

Permitir el paso de las láminas de cartón de una por una dejando una separación

entre ellas de alrededor de 1cm.

Soportes para colocar las láminas de cartón.

Alineación de las láminas de cartón con el fin de lograr una trayectoria lineal.

Para dar lugar a cada uno de los puntos anteriores se construyó el concepto que consta

de una banda transportadora de cama plana con varias bandas de poliéster/nylon, nylon,

algodón y recubrimiento de goma, estas bandas utilizadas para el arrastre de las láminas

de cartón se colocaron sobre poleas de mismas que se sujetaron a un eje de

colocado entre chumaceras.

El distribuidor tiene una estructura construida con perfil PTR (Perfil Tubular Rectangular) ,

el proveedor de bandas recomendó este material debido a que es un elemento

estructural de alta eficiencia por su admisión de cargas.

El diseño y la construcción de este mecanismo se ilustran en la Figura 9, donde se

muestran cada uno de los componentes que lo forman.


25

Figura 9. Distribuidor

El mecanismo está compuesto por:

Seguros. Construidos de acero al carbón, siendo éste el que más se utiliza para la

fabricación de máquinas, estos seguros son ajustables a diferentes gramajes de

las láminas de cartón, cuentan con una cuña en la parte inferior, esto con la

finalidad de garantizar que solo sea posible la salida de una sola lámina de cartón

a la vez, ya que de no ser así, se generarían fallas en el sistema, dado que las

láminas de cartón comenzarían a atorarse y por ende se romperían.

Seguros

Guías

Soportes

Bandas

de

arrastre


26

Guías. Fabricadas de acero inoxidable para garantizar su mínima oxidación por las

propiedades que presenta el material, se pueden desplazar a lo largo del eje que

las sostiene para ajustarse a las diferentes dimensiones de las láminas de cartón,

se construyó de modo que una de las guías sirva de referencia.

Soportes. Construidos de acero inoxidable, presentan un balero en la parte que

tiene contacto con las bandas de arrastre para deslizar las láminas de cartón.

Bandas de arrastre. De acuerdo al proveedor, el tipo de banda que se utilizó son

exclusivas para el arrastre de cartón, estas son el elemento esencial de

distribuidor, ya que son las que transmiten el movimiento al producto están hechas

con un tejido base de poliéster/nylon, nylon, algodón, y tienen un recubrimiento de

goma.

El distribuidor posee una transmisión mediante cadena y catarinas, la cual presenta

ventajas como:

Capaz de unir ejes que estén hasta a cuatro metros de distancia.

Fácil mantenimiento.

Larga vida de operación.

Aumento o disminución de su velocidad relativamente sin complicaciones.

Se conectan y cortan fácilmente.

Prácticamente no tienen estiramiento.

No existe deslizamiento entre el eje impulsado y el motriz.

Se adaptan al trabajo rudo.


27

2.2.1.2. Mecanismo de engomado

Para la fabricación de las cajas de cartón es necesario el uso de pegamento, es por ello

que se diseñó un mecanismo que se encargará de colocar la cantidad suficiente de

pegamento en la lámina de cartón, para diseñar este mecanismo se tomó en cuenta lo

siguiente:

Conservar la trayectoria lineal antes y después de colocar el pegamento.

Sujetar la lámina de cartón y ejercer presión en la zona a colocar pegamento.

Fácil mantenimiento.

Colocar la cantidad suficiente de pegamento.

Recipiente para vaciar el pegamento a utilizar.

El mecanismo de engomado se ilustra en la Figura 10.

Figura 10. Mecanismo de engomado

Este mecanismo fue construido de acero al carbón, se compone de:

Contenedor de pegamento. Fue diseñado para almacenar 2.2051lts. de

pegamento blanco para láminas de cartón sin recubrimiento alguno. Este debe ser

llenado constantemente con base al tamaño de la pestaña a cubrir, a mayor

Contenedor

de

pegamento

Disco de

sujeción y

presión

Disco de

pegamento


28

tamaño mayor aplicación de pegamento, por lo tanto se debe llenar

frecuentemente al usar este tipo de láminas.

Disco de pegamento. Este disco es el encargado de colocar pegamento sobre la

pestaña de la lámina de cartón, ya que al estar girando dentro del contenedor, se

impregna de pegamento y al contacto con la pestaña de la lámina de cartón se

adhiere una película suficiente para su posterior pegado; se le aplico un moleteado

en la superficie que aplica la goma para tener un mejor agarre.

Este disco presenta un grosor de menores dimensiones a las pestañas a las que

se les colocará el pegamento, con esto se obtiene una línea de pegamento

suficiente para lograr su pegado, ya que de ser más grueso el disco, se colocaría

una cantidad excesiva de pegamento logrando que este manche a las paredes de

la lámina de cartón resultando una mala producción. El volumen del contenedor de

pegamento es de , a partir de esto se construyó el disco de diámetro

de logrando que cubriera el mayor volumen del contenedor para evitar que el

pegamento se seque, ya que al estar en constante movimiento el disco, se

consigue que el pegamento se esté revolviendo.

Disco de sujeción y presión. El cual se encargará de sujetar la pestaña de la

lámina para evitar que ésta se desplace, a la vez, la presiona contra el disco de

pegamento para lograr la aplicación uniforme de goma de éste sobre la pestaña.

Las dimensiones de este disco fueron determinadas por la longitud de las

pestañas. Presenta una hendidura sobre la cual hace contacto la pestaña con el

disco de pegamento para lograr la presión requerida y la aplicación de la goma.

Al igual que el distribuidor tiene una transmisión mediante cadena y catarinas por las

ventajas que se mencionaron anteriormente, se consideró implementarla.


29

2.2.1.3. Mecanismo de doblado

La función principal del sistema mecatrónico es llevar a cabo el doblez de las láminas de

cartón. Por ello se necesitó de un mecanismo para realizarlo, de igual manera debía

cumplir con características específicas mencionadas a continuación:

Ajustarse a diferentes dimensiones (15 – 50 cm).

Realizar el doblez indicado previamente por el suaje.

Mantener la trayectoria lineal de la lámina de cartón una vez doblada.

Para éste mecanismo se propuso realizarlo por separado, construyendo así dos

elementos para efectuar esta función, de este modo el ajuste resultaría menos

complicado, así se construyeron dos alzadores cuya función es levantar las paredes de

las láminas de cartón a doblar a 90°, y dos dobladores, mismos que se encargan de

doblar las paredes alzadas de la lámina de cartón, éste diseño fue el más desafiante, ya

que garantizar el doblez de la lámina de cartón no resulto sencillo.

La Figura 11 muestra el mecanismo construido.


30

Figura 11. Mecanismo de doblado

A continuación se describirán los elementos que componen a éste mecanismo:

Alzadores. Como lo describe el nombre son utilizados para levantar la pared de la

lámina de cartón a unir, se construyeron de acero inoxidable para minimizar la

fricción con el cartón, su diseño consistió en doblar la lámina de acero inoxidable

desde 0° hasta 90°, ángulo máximo necesario para lograr marcar el doblez de la

lámina de cartón, los alzadores cuentan con una base con guías utilizadas para

desplazarlos longitudinal y transversalmente según lo requiera el ajuste de la

dimensión de la lámina de cartón, esta se atornilla para evitar su desplazamiento

una vez colocada en la posición requerida.

Dobladores. Una vez levantada la pared es necesario doblarla para esto se diseñó

un mecanismo de 5 grados de libertad (gdl) construido de acero al carbón, estos

se ajustan a diversas dimensiones mediante el desplazamiento de cada uno de los

grados de libertad, para determinar la posición para lograr el doblado se realizaron

los siguientes cálculos:

Alzadores

Dobladores

Sujetadores

Guías


31

Figura 12. Ajuste de doblador

Sujetadores. Para no perder la trayectoria lineal de la lámina de cartón y lograr el

marcado perfecto sobre la línea suajada se añadió este componente que se

encarga de sujetar la lámina de cartón, ejerce una presión sobre está y se coloca

justo sobre las líneas marcadas por el suaje, tiene la función de una regla, se

construyeron utilizando 1.60 mts de fleje.

2.2.1.4. Mecanismo transportación

Este mecanismo es la estructura principal del sistema mecatrónico, ya que en este se

colocaron el mecanismo de engomado y el mecanismo de doblado.

Para el diseño de este mecanismo se contemplaron las especificaciones siguientes:

Dimensiones mínimas y máximas de la lámina de cartón a transportar.

El peso de la lámina de cartón.

Dimensiones del mecanismo de engomado y doblado.

Para lograr el desplazamiento de las láminas de cartón se construyó una banda

transportadora de cama plana con varias bandas de nylon y poliéster sin recubrimiento

de goma, estas bandas están colocadas en poleas de sujetas a un eje de


32

colocado en chumaceras, el soporte de esta banda también está construido en perfil

PTR.

Este mecanismo emplea una transmisión por poleas, proporcionándole la transmisión al

mecanismo de engomado y al distribuidor.

En la Figura 13 se muestra el mecanismo construido.

Figura 13. Mecanismo de transportación


33

Los cálculos más representativos fueron:

Para obtener la distancia entre centros:

( )

( )

√

Longitud de la correa

( ) ( )

Arco de contacto entre la polea y la correa

( )

Para el control del motor se utilizó un variador de frecuencia, con éste se varía la

velocidad lineal de la banda transportadora.

Para el cálculo de la velocidad lineal se tiene:


34

La máxima velocidad que puede obtener la banda transportadora está determinada por la

frecuencia máxima de 90 Hz por lo tanto:

Se tiene una relación de poleas de 4:1, entonces,

⁄ ⁄

Para obtener el total de cajas aproximado que pegará el sistema mecatrónico se utiliza la

siguiente ecuación:

Para colocar el mecanismo de engomado se propuso ubicar una lámina sobre la

estructura de la banda, encima de ésta se colocaron las bandas que dan el arrastre a la

lámina de cartón, se cortó un espacio de la lámina al inicio de la banda transportadora

para colocar el mecanismo de engomado mostrado en la Figura 14.


35

Figura 14. Mecanismo de doblado colocado en el mecanismo de transportación

Las dimensiones fueron determinadas por el tamaño del contenedor de pegamento, se

fijó a la estructura el disco de sujeción como se puede observar en la Figura 14.

Para colocar el mecanismo de doblado era necesario sujetarlo a esta banda

transportadora sin que se viera afectada la trayectoria lineal y el desplazamiento de las

láminas de cartón, por lo que se decidió trazar tres guías sobre la lámina de la banda

transportadora, las dimensiones y distancia de separación entre estas fueron

determinadas por la máxima dimensión de la lámina a doblar.

2.2.1.5. Mecanismo de sujeción

Una vez instalados todos los mecanismos para llevar a cabo el doblado y pegado de las

láminas de cartón, se presentó el problema de conservar la trayectoria lineal una vez

colocado el pegamento así que para asegurar que las láminas se mantuvieran sujetas y

se trasladaran linealmente, se diseñó un mecanismo de sujeción conservando las

características siguientes:


36

Ajuste a diferentes dimensiones (15 – 50 cm) y gramajes (230 – 400

⁄ ).

Debe ser ligero para evitar sobrepeso sobre la banda que se desplaza a la lámina

de cartón.

La Figura 15, presenta el diseño y la construcción del mecanismo de sujeción de cajas.

Figura 15. Mecanismo de sujeción para doblar las láminas de cartón

Las placas del carro principal fueron construidas de aluminio, unidas mediante tornillos

con rodamientos para crear una sola pieza y lograr la tracción de la lámina de cartón,

este mecanismo no presenta transmisión alguna ya que es impulsado por el arrastre de

las láminas de cartón y permite que al doblar las láminas de cartón no se desvíen de la

trayectoria lineal que se requiere durante todo el proceso.

Carro

principal

Tornillos

de ajuste


37

En la parte superior de esta nueva pieza se atornillaron dos placas de aluminio las

cuales presentan una rosca en el centro, se le añadió un tornillo a esta rosca para lograr

desplazar hacia arriba/abajo esta pieza, con el fin de lograr el ajuste necesario a los

diferentes gramajes que presentan las láminas de cartón.

Como se requiere que este mecanismo se encuentre siempre al centro de la lámina de

cartón, se construyeron dos guías para lograr desplazar al centro esta pieza sujeta por

las placas superiores que posee.

Las dimensiones fueron determinadas por la máxima longitud de la lámina a doblar, el

diseño de esta se debe a que la parte final es de menor longitud a la parte inicial, ya que

es el punto donde la lámina comienza a levantarse a 90° para comenzar con el proceso

de doblado, y de este modo le permite realizarlo sin problema alguno.

2.2.1.6. Contador

Una vez dobladas las láminas de cartón se necesita obtener el total de éstas, así como

realizar una separación cada cierto número de unidades.

Mediante el uso de un microswitch como sensor, se logró el conteo de las láminas de

cartón dobladas, ya que al pasar cada una de éstas, el microswitch detecta este cambio

registrándolo en el contador Autonics CT6, se utiliza este modelo ya que permite

configurar el parámetro de cantidad de cajas de cartón a separar e indica el número de

separaciones realizadas por lo que es posible determinar el total de cajas pegadas en la

jornada de trabajo mediante una multiplicación.


38

Figura 16. Contador y sensor

Es posible reajustar los parámetros del contador cada vez que se ponga en operación la

máquina o incluso si es necesario detenerla y modificarlos.

2.2.1.7. Mecanismo de separación de cajas dobladas

Se necesita de un actuador para separar la caja de cartón que muestra el total de cajas a

separar que definió el usuario inicialmente.

Se utiliza un actuador universal mostrado en la Figura 17, este se conectó al contador

Autonics CT6 ya que es el que manda la señal para su operación.

Figura 17. Actuador universal

La separación de la caja de cartón es mediante una inclinación de modo tal que no se

altere la trayectoria lineal que llevan todas las cajas de cartón, este actuador es de bajo

costo y funciona mediante el uso del contador, no se tuvo que invertir en otros

componentes o circuitos adicionales para su labor, con esto se logró reducir costos.


39

2.2.1.8. Mecanismo de fijado de pegamento

Una vez dobladas, contadas y separadas las cajas de cartón de deben trasladar al

proceso de secado y fijado de pegamento, para esto se diseñaron y construyeron dos

bandas transportadoras de cama plana de banda completa, se utilizaron rodillos de

diferentes dimensiones, al superponer una banda sobre la otra se tiene una prensa,

mecanismo que se utiliza para aplastar las cajas de cartón, como estas cajas deben

fijarse para evitar el desdoblamiento, la velocidad de esta prensa es menor comparada

con la banda transportadora principal, debido a que se requiere de un tiempo suficiente

para fijar el pegamento de la caja de cartón.

Cuenta con tornillos de ajuste para los diferentes gramajes de las cajas de cartón. Su

sistema de transmisión es por poleas.

Los cálculos más representativos fueron:

Para obtener la distancia entre centros:

( )

( )

√

Longitud de la correa


40

( ) ( )

Arco de contacto entre la polea y la correa

( )

Para el control del motor se utilizó un variador de frecuencia, con éste se varía la

velocidad lineal de la banda transportadora.

Para el cálculo de la velocidad lineal se tiene:

La máxima velocidad que puede obtener la banda transportadora está determinada por la

frecuencia máxima de 90 Hz por lo tanto:

Se tiene una relación de poleas de 2:1, entonces,

⁄ ⁄


41

Figura 18. Mecanismo de fijado de pegamento

El diseño planteado facilitará las condiciones laborales del usuario. Sin embargo,

siempre será necesario que al menos dos personas estén encargadas de la supervisión

de la máquina, una de ellas que este alimentando el distribuidor y la otra recogiendo las

cajas de cartón pegadas.

El uso de los conocimientos técnicos es relevante en el proceso de diseño, sin embargo,

es aún más importante y conveniente hacerse asesorar por los proveedores

especializados al realizar tareas de selección de componentes.


42

Como interfaz con el usuario se armó un gabinete mostrado en la Figura 19.

Figura 19. Gabinete

Descripción de los botones de la interfaz con el usuario.

1. Foco indicador de máquina energizada.

2. Foco indicador banda transportadora 1 activa.

3. Foco indicador banda transportadora 2 activa.

4. Contador por lotes.

5. Arrancador Banda transportadora 1/ Arrancador general modo automático.

6. Arrancador Banda transportadora 2.

7. Jog11.

8. Reinicio del contador.

9. Potenciómetro utilizado para variar velocidad de las bandas transportadoras.

10. Paro general.

11. Selector modo manual/automático.

11

Impulso eléctrico mínimo para comprobar la libertad y/o sentido de giro del motor para efectos de instalación. (http://www.wordreference.com 2011)


43

Para el uso y ajuste de cada uno de los mecanismos que componen al sistema

mecatrónico para el doblado y pegado de cajas de cartón de diferentes dimensiones,

consultar el ANEXO C. Manual de instrucciones y operación del sistema mecatrónico

para el doblado y pegado de cajas de cartón.

CAPITULO III

Validación del sistema

Capítulo III. Validación del sistema UPIITA-IPN

45

CAPÍTULO III. Validación del sistema

En este capítulo se muestran las distintas pruebas realizadas en el sistema mecatrónico

para el doblado y pegado de cajas de cartón de diferentes dimensiones, cuya finalidad es

demostrar el correcto funcionamiento de cada uno de los mecanismos construidos, se

ilustra dicha validación mediante fotografías del sistema en operación.

3.1 Pruebas del distribuidor

Las pruebas realizadas para el distribuidor fueron las siguientes:

La Figura 20 muestra la colocación de las láminas de cartón sobre los soportes y el

ajuste de las guías al tamaño de la lámina a doblar, así como el ajuste de los seguros al

gramaje para evitar el paso de más de una lámina de cartón a las siguientes etapas del

proceso.

Figura 20. Colocación de las láminas de cartón y ajuste de seguros


46

Durante la puesta en marcha se puede observar en la Figura 21, que fue posible

desplazar las láminas de cartón a través de las siguientes etapas logrando distribuir una

por una, así como la separación suficiente para dar lugar a los procesos de

transformación que requiere, sin alterarla de manera alguna, esto es, se evita que

choquen entre sí, que se rompan y/o atoren, y se logró mantener la trayectoria lineal que

se necesita.

Figura 21. Distribución de una por una, separación entre láminas de cartón y trayectoria lineal constante

3.2 Pruebas del mecanismo de transportación

En la Figura 22 se observa el ensamble del mecanismo de engomado con el mecanismo

de transportación para la aplicación del pegamento sobre la pestaña de la lámina de

cartón.

Figura 22. Colocación del mecanismo de engomado.


47

En la Figura 23, se colocó el mecanismo de sujeción, para verificar su funcionamiento se

puso en marcha el sistema mecatrónico, la función principal de este mecanismo es

mantener la trayectoria lineal a lo largo del proceso, así como ejercer la presión

suficiente en las láminas de cartón para lograr el doblez que se requiere.

Figura 23. Mecanismo de sujeción colocado en el mecanismo de transportación.

3.3 Pruebas del mecanismo de engomado

En la Figura 24 se realizó la prueba de funcionalidad de los discos del mecanismo de

engomado, así como la aplicación de la película de pegamento al pasar a través de

estos. Se corroboró que la presión fue suficiente para lograr la aplicación homogénea del

pegamento sobre la pestaña.

Figura 24. Disco de presión y de engomado.


48

3.1 Pruebas del mecanismo de sujeción para doblar las láminas de cartón y

pruebas del mecanismo de doblado

En las Figuras 25, 26 y 27 se comprueba la funcionalidad del mecanismo de sujeción en

donde se muestra el trayecto lineal de la lámina de cartón y a la vez la presión que es

ejercida por el carro principal y los sujetadores, así como el proceso de pegado lineal

que realiza el sistema mecatrónico utilizando este mecanismo de sujeción.

La Figura 25 ilustra la comprobación de los alzadores que en conjunto con el mecanismo

de sujeción fueron capaces de levantar la lámina de cartón desde 0° hasta 90° para dar

paso al doblado de éstas.

Figura 25. Alzadores en funcionamiento, lámina de cartón desde 0° hasta 90°

En la Figura 25 se muestra el funcionamiento de los dobladores, en donde primero es

doblada la pared con la pestaña con pegamento y posteriormente se sobrepone la

pestaña de la pared contraria sobre la anterior.


49

Figura 26. Lámina de cartón a través de los dobladores

Una vez doblada y pegada la lámina de cartón esta es transportada a través del sistema

de sujeción para ser colocado en la etapa final del proceso, cabe mencionar que durante

el proceso de pegado lineal las láminas de cartón son contadas y separadas, la Figura

26 enseña este proceso.

Figura 27. Lámina de cartón trasladada al proceso final


50

3.2 Pruebas del contador

Se utilizó un sensor de fin de carrera para realizar el conteo de las cajas de cartón antes

de que fueran trasladadas al proceso final, como se ve en la Figura 27, conforme se

arrastra la caja por la banda transportadora, el sensor es activado, este le envía la señal

al contador CT6 el cual muestra el número de cajas de cartón que se han detectado lo

muestran las Figuras 28 y 29.

Figura 28. Conteo de cajas de cartón

Figura 29. Conteo de cajas de cartón por unidad y lotes


51

3.3 Pruebas del mecanismo de separación de cajas dobladas

Al contador se le programa la cantidad de cajas de cartón que deben ser contadas para

activar el actuador universal como se observa en la Figura 30 la caja es desplazada, una vez

que se ha activado el actuador universal.

V

Figura 30. Separación de la caja de cartón programada por el usuario


52

3.4 Pruebas del mecanismo de fijado de pegamento

Finalmente la caja de cartón pasa al proceso final, la prensa, en la cual es aplastada por dos

bandas transportadoras con el fin de lograr el fijado y secado del pegamento, ver figura 31.

Figura 31. Prensa, fijado de pegamento

CAPITULO V

Conclusiones

Capítulo IV. Conclusiones UPIITA-IPN

54

CAPÍTULO IV. Conclusiones

Se implementó el método del diseño concurrente para el desarrollo de un sistema

mecatrónico para el doblado y pegado de cajas de cartón de diferentes dimensiones,

dando como resultado un sistema estándar de cualidades y capacidades para competir

en el mercado actual.

Se llevó a cabo un proceso de diseño que integra investigación, desarrollo, simplicidad,

eficiencia tecnológica y eficacia de acuerdo a lo requerido, generando un sistema

mecatrónico que logra el pegado y doblado lineal de cajas de cartón caple o cartulina

SBS, el cual se realizó mediante una asesoría constante y una validación de conceptos

por parte de la empresa “Acabado de cajas plegadizas MAR”, quienes de manera

continua se involucraron en el proyecto generando una retroalimentación en el mismo,

esto trajo como resultado un sistema sólido, bien estructurado, flexible y con beneficios

en calidad, en seguridad y en costos.

Con este sistema se pretende optimizar los costos y el tiempo de producción de las cajas

de cartón.

La cantidad de pegamento que se debe aplicar es importante, ya que cantidades

excesivas del pegamento hacen lento el secado y resulta económicamente

inconveniente. Por el contrario, si se aplican cantidades insuficientes no se obtiene una

línea de pegado continua.

El sistema mecatrónico presentado, requiere de mejoras para optimizar su funcionamiento como son:

Disminuir el tiempo de ajuste de los mecanismos.

Perfeccionar el sistema de doblado y pegado.

Desarrollar un mecanismo de almacenaje de producto terminado.

Capítulo IV. Conclusiones UPIITA-IPN

55

Se deberán considerar las normas mexicanas siguientes para el desarrollo de las

modificaciones pertinentes al presente trabajo terminal.

NMX-EE-038-1981

ENVASE Y EMBALAJE-CARTON Y PAPEL-METODO DE PRUEBA PARA LOS

ADHESIVOS EMPLEADOS EN CARTONES Y PAPELES

NMX-EE-039-1979

ENVASE Y EMBALAJE- ENVASES Y EMBALAJES DE CARTON- DETERMINACION DE

LA RESISTENCIA A LA COMPRESION

NMX-EE-074-1980

ENVASE Y EMBALAJE- PAPEL Y CARTON- TERMINOLOGIA

NMX-EE-075-1980

ENVASE Y EMBALAJE- PAPEL Y CARTON- DETERMINACION DE LA RESISTENCIA AL

REVENTAMIENTO

NMX-EE-108-1981

ENVASE Y EMBALAJE - PAPEL Y CARTON- DETERMINACION DE LA RESISTENCIA AL

RASGADO

NMX-EE-123-1981

ENVASE Y EMBALAJE- CARTON COMPACTO Y CORRUGADO- DETERMINACION DEL

COEFICIENTE DE FRICCION ESTATICA- METODO DEL PLANO INCLINADO

NMX-EE-169-1984

ENVASE Y EMBALAJE- CARTON- RESISTENCIA A LA FLEXION Y A LA COMPRESION-

METODO DE PRUEBA

NMX-EE-175-1984

ENVASE Y EMBALAJE - CARTON CORRUGADO - RIGIDEZ - METODO DE PRUEBA

NMX-EE-208-1984 13/04/1984 ENVASE Y EMBALAJE - CARTON - RESISTENCIA A LA PERFORACION - METODO DE

PRUEBA

NMX-N-007-SCFI-

2011

29/09/2011 INDUSTRIAS DE LA CELULOSA Y PAPEL-DETERMINACION DE LA RESISTENCIA

LATERAL A FUERZAS DE COMPRESION DE CARTONES (“ECT”)-METODO DE PRUEBA

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Bibliografía UPIITA-IPN

56

BIBLIOGRAFIA

Descripción de las cajas de cartón

http://www.arqhys.com/arquitectura/carton-tipos.html, Matías S. Pérez, España

Tipos de cajas

http://www.todocajas.com.ar/cartulina/cartulina.htm,

Accionamientos y actuadores eléctricos

http://www.uhu.es/rafael.sanchez/ingenieriamaquinas/carpetaapuntes.html;Rafael

Sanchez

Información sobre cajas de cartón

http://www.novelsa.com/component/content/article/7-noticias/36-historia-del-papel

Rodamientos

http://www.rodamientosbulnes.com/doc/es-c-fag.pdf... 22 dic

Matrices para la evaluación y selección de alternativas

http://www.capac.org/web/Portals/0/biblioteca_virtual/doc004/CAPITULO%2018.pdf12

enero

Tipos de sensores

http://www.profesormolina.com.ar/tecnologia/sens_transduct/que_es.htm

El acero y su clasificación

http://www.infoacero.cl/acero/que_es.htm

http://www.arqhys.com/arquitectura/carton-tipos.html

Bibliografía UPIITA-IPN

57

Transmisiones

http://www.quiminet.com/articulos/el-uso-de-las-cadenas-de-rodillos-en-las-

transmisiones-2602288.htm

Contador

http://www.gayatricontrol.com/autonics_counter_timer_ct_cts_cty_series.htm

Electricidad y electrónica, Interruptores.

http://camilocely.blogspot.com/

Diseño en ingeniería mecánica, Joseph E. Shigley, Charles R. Mischke, Ed. Mc

Graw Hill, México D.F. 2001.

Metodología del diseño industrial. Un enfoque desde ingeniería concurrente,

Francisco Aguayo González, Víctor M Soltero Sánchez, Ed. Alfaomega, México

2003.

Diseño de elementos de máquinas, V.M. Faires, Grupo editorial Limusa, México

D.F. 2003.

http://camilocely.blogspot.com/

ANEXO A

Proceso actual de doblado y pegado lineal de cajas de

cartón

ANEXO A. Proceso actual de doblado y pegado lineal de cajas de cartón UPIITA-IPN

59

ANEXO A. Proceso actual de doblado y pegado lineal de cajas de cartón

A continuación, en las Figuras A1, A2, A3, A4 y A5 se describe el proceso actual del

doblado y pegado de las láminas de cartón.

En la Figura A1 se muestra como se pre-doblan las láminas de cartón del lado de las

paredes a doblar para facilitar su doblez más adelante.

Figura A1. Pre-doblado manual de láminas de cartón

Después, se realiza una escalera con las láminas de cartón del lado de la pestaña a la

que se le aplicará el pegamento, para esto, se utiliza una cuña con la cual se logra la

separación de las láminas de cartón. Ver Figura A2.

Figura A2. Escalera de láminas de cartón


60

En la Figura A3 se tiene un recipiente en el que se vacía goma suficiente, ya que de ser

excesivo se secaría, con una brocha se toma una cantidad considerable de goma para

ser aplicada sobre las pestañas de las láminas de cartón de la escalera formada con

anterioridad.

Figura A3. Aplicación de pegamento de láminas de cartón

La Figura A4 muestra cómo se toman las láminas de cartón de modo tal que se doblen

ambas paredes, la que contiene goma y la contraria a esta.

Figura A4. Doblado y pegado de láminas de cartón


61

Finalmente se obtiene el producto final, las cajas de cartón pre-armadas, éstas son

contadas y separadas de 50 en 50 y se enfajillan, de este modo se facilita su traslado.

Ver Figura A5.

Figura A5. Enfajillado de cajas de cartón previamente contadas

ANEXO B

Diagramas de control y potencia

ANEXO B. Diagramas de control y potencia UPIITA-IPN

63

ANEXO B. Diagramas de control y potencia

Figura B1. Diagrama de control

La Figura B1 muestra las terminales de E/S del variador de frecuencia Vacon 10, así

como las terminales de control del contador Autronics CT6 y su conexión con los focos

indicadores de estado.

ANEXO B. Diagramas de control y potencia UPIITA-IPN

64

Figura B2. Diagrama de potencia

La Figura B2 muestra la conexión de los motores a los variadores de frecuencia Vacon

10, así como la terminal de alimentación del contador Autronics CT6 y ambos variadores

de frecuencia.

ANEXO C

Manual de instrucciones y operaciones del sistema

mecatrónico para el doblado y pegado de cajas de

cartón de diferentes dimensiones.

ANEXO C. Manual de instrucciones y operaciones del sistema mecatrónico UPIITA-IPN

66

ANEXO C. Manual de instrucciones y operaciones del sistema

mecatrónico para el doblado y pegado de cajas de cartón de diferentes

dimensiones.


67

CONTENIDO

INSTRUCCIONES DE SEGURIDAD ................................................................................................ 68

INFORMACIÓN TÉCNICA ................................................................................................................ 69

RANGO DE LÁMINAS DE CARTÓN A DOBLAR ........................................................................................ 69 DIMENSIONES .................................................................................................................................. 69 REQUISITOS DE ALIMENTACIÓN ......................................................................................................... 69 DATOS DE LA LÁMINA DE CARTÓN ...................................................................................................... 69

CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA MECATRÓNICO ................................................................... 70

DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA MECATRÓNICO ........................................................................................ 70 DIMENSIONES .................................................................................................................................. 70

MANTENIMIENTO ............................................................................................................................ 72

MANTENIMIENTO GENERAL ............................................................................................................... 72 Lubricación................................................................................................................................. 72 Limpieza de contenedor de pegamento y disco de pegamento ................................................ 73

INSTALACIÓN Y PUESTA EN MARCHA ........................................................................................ 75

SITUACIÓN DE LA MÁQUINA ............................................................................................................... 75 DIMENSIONES Y ÁREA DE TRABAJO .................................................................................................... 75 CALIBRACIÓN ................................................................................................................................... 76

Distribuidor ................................................................................................................................. 76 Carro y mesa principal ............................................................................................................... 78 Alzadores, sujetadores y dobladores ........................................................................................ 80 Carro de doblez ......................................................................................................................... 81 Prensa ........................................................................................................................................ 82

MANUAL DE OPERACIÓN .............................................................................................................. 83

ALIMENTACIÓN DEL SISTEMA MECATRÓNICO ...................................................................................... 84 VARIACIÓN DE VELOCIDAD ................................................................................................................ 85 ACTIVACIÓN DEL SISTEMA MECATRÓNICO .......................................................................................... 86 TRABAJANDO EN MODO MANUAL........................................................................................................ 86 JOG ................................................................................................................................................. 87 TRABAJANDO EN MODO AUTOMÁTICO ................................................................................................ 88 CONFIGURACIÓN Y BORRADO DEL CONTADOR .................................................................................... 89 ADVERTENCIAS ................................................................................................................................ 90


68

Instrucciones de Seguridad LEA ESTE MANUAL ANTES DE UTILIZAR EL SISTEMA MECATRÓNICO PARA EL DOBLADO Y PEGADO DE CAJAS DE CARTÓN

ADVERTENCIA

Indicaciones sobre situaciones o prácticas que pueden producir lesiones graves o la muerte.

PRECAUCIÓN

Indicaciones sobre situaciones o prácticas que pueden producir lesiones menores o daños al equipo u otros bienes.

PRECAUCIÓN - PUNTOS DE TRACCIÓN

Mantenga las manos, la ropa suelta o los cabellos largos apartados de los componentes móviles. Podrían producir lesiones.


69

Información Técnica Rango de láminas de cartón a doblar W Min: 17cm W Max: 60cm

Figura C1. Patrón de lámina de cartón

Dimensiones Ancho: Largo: Alto: Requisitos de alimentación 110 V (AC) 60 Hz, corriente máxima: 5.1 A Datos de la lámina de cartón

Las láminas de cartón no deben estar rotas.

Las láminas deben ser de cartón caple o cartulina SBS.

Las láminas de cartón no deben estar dobladas.

Las láminas de cartón deben ser de al menos 4 caras.


70

Características del sistema mecatrónico Descripción del sistema mecatrónico El sistema mecatrónico para el doblado y pegado de cajas de cartón, está diseñado específicamente para doblar y pegar cajas de cartón de diferentes tamaños. Cualquier otra aplicación que no sea la especificada anteriormente, el fabricante no se responsabilizará de los daños causados en el sistema mecatrónico o a las personas que la utilicen. Dimensiones

Figura C2. Dimensiones del sistema mecatrónico para el doblado y pegado de cajas de cartón


71

Figura C3. Dimensiones del sistema mecatrónico para el doblado y pegado de cajas de cartón


72

Mantenimiento Mantenimiento general ADVERTENCIA

Verifique que el sistema mecatrónico este apagado antes de realizar el mantenimiento. Lubricación Lubrique las chumaceras antes de arrancar la unidad. La chumacera está equipada con una grasera mostrada en la Figura C4 que permite que el rodamiento sea lubricado en cada mantenimiento. Engrase las chumaceras de la flecha del motor en forma lenta, preferiblemente girando la flecha, hasta que aparezca una pequeña cantidad de grasa nueva saliendo por los sellos. Se recomienda usar grasa grado 2, a base aceite mineral y jabón Litio / Calcio.

Figura C4. Indicación de la grasera en la chumacera

Grasera


73

Limpieza de contenedor de pegamento y disco de pegamento Deberá retirarse el contenedor de pegamento y el disco de pegamento como lo muestran los pasos siguientes:

Figura C5. Disco de sujeción y presión, disco de pegamento y contenedor de pegamento.

Retirar el disco con pegamento.

1. Levantar el disco de sujeción y presión.

Figura C6. Disco de sujeción y presión

2. Sujetar el disco con pegamento y desatornillar girando el tornillo en sentido anti-horario.

Figura C7. Disco de pegamento

3. Para retirar el disco se debe jalar hacia afuera y dejar caer sobre el contenedor de pegamento.

Disco de

sujeción y

presión

Disco de

pegamento Contendor de

pegamento


74

Retirar el contenedor de pegamento PRECAUCIÓN

Observar que no se ladee el contenedor ya que puede regarse el pegamento restante.

1. Usando una llave inglesa retirar los dos tornillos frontales mientras se sujeta el contenedor.

Figura C8. Retirar contenedor de pegamento

2. Jalar hacia abajo y hacia afuera el contenedor para retirarlo.

Figura C9. Sustracción del contenedor de pegamento

3. Una vez retirados del sistema mecatrónico, vaciar el pegamento sobrante al envase del

pegamento para evitar desperdicio.

4. Enjuagar con abundante agua ambas partes del sistema mecatrónico.

5. Secar completamente antes de colocar nuevamente.


75

Instalación y puesta en marcha Situación de la máquina Se procurará ubicar el sistema mecatrónico para el doblado y pegado de cajas de cartón debidamente para no tener que moverlo, se deberá situar en una superficie lisa y nivelada para evitar vibraciones y movimientos de ésta durante los plegados. Es posible nivelar la maquina mediante unos tornillos situados en la base de ésta uno en cada esquina. Ver Figura C10.

Figura C10. Tornillos para nivelar la máquina

Dimensiones y área de trabajo. Cuando se coloque el sistema mecatrónico para el doblado y pegado de cajas de cartón se debe tener en cuenta las dimensiones y el área de trabajo del usuario. El sistema mecatrónico para el doblado y pegado de cajas de cartón deberá ser utilizado por al menos dos usuarios, uno de ellos se debe colocar al principio de la máquina para alimentar con láminas de cartón al sistema que se encarga de distribuir las cajas de cartón (ver Figura C11).

Figura C11. Alimentación de cajas de cartón

Niveladores


76

El usuario dos deberá colocarse al final del sistema mecatrónico para recolectar las cajas de cartón y enfajillarlas para su entrega (ver Figura C12).

Figura C12. Recolección y empaque de las cajas de cartón

Calibración Es el procedimiento de ajuste de los diferentes componentes que contiene el sistema mecatrónico para el doblado y pegado de cajas de cartón. Distribuidor En la Figura C13 se muestra el distribuidor del sistema mecatrónico y cada uno de sus componentes.

Figura C13. Distribuidor

Para la calibración del distribuidor se realiza lo siguiente:

1. Deslice las guías al tamaño de la lámina de cartón para evitar que se desalinee durante su

trayecto jalándolas hacia la izquierda o derecha según sea el caso. Es importante mencionar que la pestaña de la lámina de cartón donde se aplicará el pegamento debe pasar por encima

Seguros

Guías

Bandas de

arrastre Soportes


77

del disco con pegamento, para garantizar esto, se deberá colocar una de las guías como escuadra.

Figura C14. Ajuste de guías

2. Ajuste cada una de las bandas de tal manera que deslicen la lámina de cartón, para esto se

debe retirar el tornillo lateral 3 que sostiene a las chumaceras y los tornillos de las chumaceras 1 y 2 para destensar la banda, aflojar cada una de las poleas desatornillando los opresores que las sostienen para desplazarlas.

Figura C15. Ajuste de bandas

3. Ajuste los seguros desatornillando la parte lateral de estos y deslizando hacia arriba o abajo el

eje según se requiera, de modo que solo permita el paso de una sola lámina de cartón.

3

2 1


78

Figura C16. Ajuste de seguros

4. Ajuste los soportes de manera tal que los baleros se coloquen en la orilla de la lámina de

cartón.

Figura C17. Ajuste de soportes

Carro y mesa principal La Figura C18 ilustra el carro y mesa principal que lo sostiene.


79

Figura C18. Carro y banda transportadora principal

Para calibrar el carro y la mesa principal:

1. Ajustar las bandas de la mesa principal del sistema mecatrónico. Si la lámina de cartón es mayor a 17 cm y menor que 35 cm solo se utilizará una banda, la cual deberá ir centrada a la lámina de cartón. Si la lámina de cartón es mayor a 36 cm y menor que 50 cm se utilizarán las tres bandas dos de ellas en cada uno de los extremos y otra en medio de la lámina de cartón. Para el ajuste se debe desatornillar cada uno de los opresores de las poleas de la banda transportadora, se deslizan a la izquierda o derecha según se requiera.

Figura C19. Ajuste de bandas de la mesa principal

Las bandas se tensan utilizando el mango situado en la parte inferior de la máquina, desplazándolo a la izquierda o derecha hasta ajustar con las poleas, por último girar el mango.

Figura C20. Tensión de bandas de la mesa principal

2. Se debe ajustar el carro principal para hacer la presión suficiente con la lámina de cartón, para ello se utilizan los tornillos de ajuste situados en la parte superior del carro principal, para subir

Tornillos

de ajuste

Carro

principal

Mesa principal


80

se debe girar la tuerca superior, tener en cuenta que la tuerca inferior debe estar floja, para bajar se debe girar la tuerca inferior, de igual manera la tuerca superior debe estar floja. El carro principal debe situarse siempre entre los dobleces de la lámina de cartón y sobre la banda del centro de la mesa principal, para esto se desliza a la izquierda o derecha según se necesite, y se atornillan los soportes de los tornillos de ajuste.

Figura C21. Ajuste del carro principal

Alzadores, sujetadores y dobladores En la Figura C8 se muestran los elementos para doblar la lámina de cartón.

Figura C22. Alzadores, sujetadores y dobladores

Para la calibración de los alzadores, sujetadores y dobladores:

1. Colocar los sujetadores en las líneas marcadas a doblar en la lámina de cartón.

Alzadores

Dobladores

Sujetadores

Guías


81

Figura C23. Colocación de sujetadores

2. Medir los alzadores de tal modo que levante las solapas a doblar de la lámina de cartón, estos se desplazan a la izquierda o derecha y hacia arriba o abajo, una vez colocados se atornillan. Dado que la solapa con la pestaña engomada debe doblarse primero, los alzadores requieren un desfasamiento.

Figura C24. Calibración de los alzadores

3. Ajustar los dobladores, desatornillando cada uno de los componentes para facilitar su movilidad, desplazando hacia la izquierda o derecha, colocándolo sobre una de las guías, deslizar la varilla de modo que quede al largo deseado y girar el ángulo para realizar el doblez correspondiente.

Figura C25. Ajuste de dobladores


82

Carro de doblez La Figura C26 muestra el carro utilizado una vez que las láminas de cartón han sido dobladas para continuar con su trayectoria.

Figura C26. Carro de doblez

Para la calibración de este sistema:

1. Alinear el carro de doblez con el carro principal, desatornillando los seguros y los opresores de la polea 1, deslizar a la izquierda o derecha según se necesite.

2. Ajustar la altura del carro, de modo tal que logre pasar la caja de cartón, desatornillándolo de

las placas que lo sujetan y deslizándolo hacia arriba o abajo.

Figura C27. Ajuste del carro de doblez

Prensa La Figura C28 muestra el sistema para el fijado del pegamento, tiene la función de prensar la caja de cartón, una vez que ha sido doblada y pegada.

Carro de

doblez

Seguros

Polea 1


83

Figura C28. Prensa

Para la calibración de este sistema únicamente se deben ajustar los tornillos laterales, permitiendo que pasen las cajas de cartón dobladas y pegadas, haciendo presión sobre ellas para lograr su pegado.

Figura C29. Ajuste de la prensa

Manual de operación


84

ADVERTENCIA Antes de conectar, utilizar guantes de protección. IMPORTANTE: Esta máquina debe ser conectada a una toma de corriente con contacto de puesta a tierra. El sistema mecatrónico para el doblado y pegado de cajas de cartón, viene equipado con dos motores trifásicos 220v uno de 1 hp y otro de ¾ hp para conectarse a una fuente de alimentación de 220v. Introducción Este manual está concebido para ser de utilidad al usuario del sistema mecatrónico para el doblado y pegado de cajas de cartón pues contiene información importante acerca del uso y peculiaridades de dicho sistema. Es por este motivo por el que se recomienda seguir paso a paso los puntos detallados en este manual a fin de comprender el correcto funcionamiento del sistema en cuestión. Para el control y operación del sistema mecatrónico se utilizan los botones ubicados en el gabinete mostrado en la figura C30.

Figura C30. Gabinete de control y operación

Alimentación del sistema mecatrónico Para dar alimentación a la máquina, es necesario contar con una toma de corriente de 110v y encender el interruptor interno del gabinete. Al proceder, se enciende el foco indicador rojo.


85

Figura C31. Alimentación del sistema mecatrónico

La situación en la que el sistema mecatrónico se encuentra en este momento se denomina StandBy, un estado en que la máquina está activada pero se mantiene en reposo a la espera de realizar cualquier función que se le ordene. Variación de velocidad El sistema mecatrónico cuenta con una perilla para variar la velocidad de la mesa principal, como la velocidad de la prensa está en función de la velocidad de la mesa principal, también esta se verá afectada.

Figura C32. Perilla de ajuste de velocidad

Perilla de

velocidad


86

Activación del sistema mecatrónico Con el sistema ya inicializado y en estado de StandBy, puede usted activarlo para trabajar con el siguiendo los pasos que a continuación se detallan. El sistema mecatrónico para el doblado y pegado de cajas de cartón tiene dos modos de operación, manual y automático, los cuales son seleccionados por el selector mostrado en la imagen.

Figura C33. Activación del sistema mecatrónico

Trabajando en modo manual En el modo de trabajo manual, se activan la mesa principal y la prensa por separado, esto se hace con la finalidad de calibrar los componentes previamente descritos. Primero se debe colocar el selector a la izquierda para activar el modo manual, para encender la mesa principal se utiliza el botón 1, al activarse se encenderá el foco indicador verde 1, con el botón 2 se activa la prensa y por ende el foco indicador verde 2.

Figura C34. Modo manual mesa principal

Selector

automático/

manual

Botón 1 Foco

indicador

verde 1


87

Figura C35. Modo manual prensa

Jog Un jog es un impulso eléctrico mínimo para comprobar la libertad y/o sentido de giro del motor a efectos de instalación. El sistema mecatrónico requiere ser calibrado minuciosamente por lo que se le ha incluido esta opción. Para esto se debe mantener presionado el botón amarillo, únicamente se activarán las bandas de la mesa principal a una velocidad constante, con esto se facilitará la calibración etapa por etapa del sistema mecatrónico, cuando se deja de oprimir el botón el sistema se detiene.

Figura C36. Jog

Botón 2 Foco

indicador

verde 2

Jog


88

Trabajando en modo automático En el modo de trabajo automático, se activan la mesa principal y la prensa al mismo tiempo. Esto se realiza colocando el selector a la derecha, para encender el sistema mecatrónico se utiliza el botón 1, al activarse se encenderán ambos focos indicadores verdes. Este modo de trabajo es utilizado una vez que se ha calibrado el sistema y se comienzan a producir las cajas de cartón.

Figura C37. Modo automático y paro general

Para el paro general del sistema mecatrónico, se utiliza el botón de color rojo, con esto se detiene el sistema por completo.

Botón 2

Focos

indicadores

verdes

Paro general


89

Configuración y borrado del contador El contador tiene la capacidad de mostrar el número de cajas de cartón que se requiere separar, así como indicar el incremento del conteo mientras pasa cada una de las cajas de cartón. Además se puede ver el número de separaciones que ha realizado, para estimar el total de cajas producidas. En la Figura C38 se muestra la descripción del contador CT6.

Figura C38. Contador CT6

Display 1

Display 2

Flechas de

selección

MD

BA

Reset


90

Para asignar el número en el cual se separará la caja de cartón, se debe oprimir una vez MD, con esto el display 2 comenzará a parpadear, utilizando las flechas de selección se procederá a colocar el

valor, la flecha ← se utiliza para desplazarse entre los dígitos, modificar su valor utilizando las

flechas ↑↓con esto se tiene la cantidad de cajas a separar, para guardar el valor se oprime MD.

En el display 1 se muestra el conteo actual de las cajas de cartón. Para ver el total de separaciones realizadas presionar BA, con esto el display 1 cambiará mostrando ahora un incremento en la numeración después de haber realizado el conteo de cajas indicado anteriormente. Para reiniciar el conteo de separaciones, se oprime el botón azul (reset) situado en la parte inferior del contador. Para mayor información sobre el funcionamiento del contador dirigirse a: http://www.gayatricontrol.com/autonics_counter_timer_ct_cts_cty_series.htm Advertencias

No manipular cualquier componente de la máquina en marcha.

No utilizar la máquina para propósitos no descritos en el manual.

http://www.gayatricontrol.com/autonics_counter_timer_ct_cts_cty_series.htm

ANEXO D

Planos del sistema mecatrónico para el doblado y

pegado de cajas de cartón de diferentes dimensiones

ANEXO D. Planos del sistema mecatrónico UPIITA-IPN

92

ANEXO D. Planos del sistema mecatrónico para el doblado y pegado de

cajas de cartón de diferentes dimensiones


93


94


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99

diseño y construcción de un sistema mecatrónico para el

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