tecnolÓgico nacional de mÉxico instituto tecnológico de ... · 1.11. 9 de diciembre de 2016,...

TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO

Instituto Tecnológico de Querétaro

Av. Tecnológico s/n esq. Mariano Escobedo, Col. Centro, C.P. 76000,

Querétaro, Qro., México

Campus Centro Tel. 01(442) 2274400 Fax: 01(442)2169931

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CONTENIDO: 1.- INFORME DE ACTIVIDADES REALIZADAS POR PARTE DEL ITQ 2.- LOGRO DE METAS 3.- LOGRO DE OBJETIVOS CIENTÍFICOS Y TECNOLÓGICOS 4.- LOGRO DE IMPACTOS 5.- GRUPO DE TRABAJO 6.- PROBLEMAS ENFRENTADOS 7.- PRODUCTOS E INDICADORES 8.- LA RELACION DE VINCULACION RESULTADOS Y BENEFICIOS






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1.- INFORME DE ACTIVIDADES REALIZADAS POR PARTE DEL ITQ, POR FECHAS Y PORCENTAJES DE AVANCE Y MATERIALES UTILIZADOS. CRONOLOGIA: 1.1.- EL PROYECTO DIO INICIO EL DIA 16 DE MARZO DE 2016, EN LA SALA DE JUNTAS DE LA EMPRESA STEEL & TRUCKS CON LA PRESENCIA DE LAS SIGUIENTES PERSONAS: M.C. ANTONIO AVALOS OLGUIN (JEFE DEL DEPARTAMENTO DE INGENIERIA INDUSTRIAL Y RESPONSABLE ADMINISTRATIVO DE LA INSTITUCION), LOS DOCENTES, M. C. HERNANDO CHAGOLLA GAONA (RESPONSABLE TECNICO DE LA INSTITUCION), ING. JORGE ALVAREZ SERVIN (RESPONSABLE DE MANUFACTURA) E ING. JORGE RANGEL GARCIA (RESPONABLE DE DISEÑO) POR EL INSTITUTO TECNOLOGICO DE QUERETARO, POR LA EMPRESA STEEL & TRUCKS, ING. SERGIO MARQUEZ TECUA (LIDER EMPRESA), EN RELACION AL PROYECTO “PROTOTIPO DE UNA MAQUINA DE EXTRUSION MULTIPLE EN FRIO DE PRODUCCION CONTINUA” REGISTRADO CON EL NUMERO 231865 CON UN COSTO DE $880,000.00, DENTRO DE LOS FONDOS INNOVAPYME 2016. DIFINIENDO LAS SIGUIENTES CARACTERISTICAS MEJORAR DISEÑOS ANTERIORES, ENTRE LAS CUALES REDUCCION DEL 50% TAMAÑO, CONECCIONES ELECTRICAS Y NEUMATICAS RAPIDAS, CABLEADO OCULTO, MEJOR VIDEO CAMARA, PONER TOPES A PARRILLAS Y PONER SEGUNDO CILINDRO NEUMATICO DE APOYO. 1.2.- 12 DE ABRIL DE 2016 SE PRESENTAN TRES OPCIONES DE MEJORA, SE SELECCIONA LA PRIMERA Y SE SOLICITA COMENZAR A DIMENCIONAR, LA PARTE DE AUTOMATIZACION PRESENTA SELECCIÓN DE COMPONENTES PRINCIPALES: PLC, HMI, CAMARA. 1.3.- 26 DE ABRIL DE 2016, SE MUSTRA MODELO MODIFICADO PARA UNA VARILLA DE 530 MM DE LARGO, ASI COMO MEJORAS EN LAS GUIAS DEL CARRO ALIMENTADOR PARA EVITAR VIBRACION, SE SOLICITAN MATERIALES Y COMPONENTES DE AUTOMATIZACION. 1.4.- 3 DE MAYO DE 2016, SE REVISA EL DISEÑO FINAL PROPUESTO REALIZANDO CAMBIOS SOLICITADOS POR LA EMPRESA. 1.5.- 12 DE MAYO DE 2016, SE PRESENTAN LOS CAMBIOS FINALES, SE APRUEBA Y SE DA LISTA DE COMPONENTES MECANICOS, ELECTRONICOS Y ELECTRO-PNEUMATICOS, MATERIALES METALICOS. 1.6.- 5 DE JULIO DE 2016, SE MUESTRA UN AVANCE GENERAL AUTOMATIZACION DEL 60%, INDIVIDUAL DISEÑO 100%, A DETALLE DE DISEÑO 90%, MANUFACTURA 15%. 1.7. 9 DE AGOSTO DE 2016, DISEÑO MECANICO INTEGRAL 98%, MANUFACTURA 60%, AUTOMATIZACION 90%, SE MUETRAN LOS AVANCES FISICOS EN EL LABORATORIO DE ING. INDUSTRIAL Y LAB. DE POSGRADO. 1.8. 1 DE SEPTIEMBRE DE 2016, SE TIENE LA VISITA DE UN CONSULTOR PARA POSIBLE PROTECCION DEL PROTOTIPO. 1.9. 11 DE OCTUBRE DE 2016, SE REVISA FISICAMENTE EL PROTOTIPO DEL ALIMENTADOR.






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1.10. 26 DE OCTUBRE DE 2016 SE REVISA FUNCIONAMIENTO DEL PROTOTIPO EN LA PARTE MECANICA Y AUTOMATIZACION. 1.11. 9 DE DICIEMBRE DE 2016, NUEVAMENTE SE REVISA FUNCIONAMIENTO, SE REVISA EN MODO MANUAL, AUTOMATICO, DISTANCIAS Y POSICIONES DE VARILLAS. SE REVISAN ULTIMOS DETALLES ANTES DE LLEVAR PROTOTIPO A PLANTA. 1.12. 24 DE NOVIEMBRE DE 2016 SE ENTREGA EN PLANTA EL ALIMENTADOR, QUEDANDO A RESGUARDO DE ESTA.

2.- Logro de metas La meta era diseñar, construir y poner en marcha el siguiente producto: EL PRODUCTO REALIZADO FUE: “PROTOTIPO DE UNA MÁQUINA DE EXTRUSIÓN MULTIPLE EN FRIO DE PRODUCCION CONTINUA” REGISTRADO CON EL NUMERO 231865. El cual fue realizado buscando satisfacer las necesidades de la empresa, en tiempo y forma, para lo cual se da seguimiento para cualquier corrección o detalle de funcionamiento tanto mecánico como de automatización. 3.- Logro de objetivos científicos y tecnológicos: Dentro de los objetivos internos del Instituto podemos mencionar los siguientes: Lograr que en el 2016, el 100% de los programas educativos de licenciatura se orienten al desarrollo de competencias profesionales, en este rubro los programas de Ingeniería Industrial, Electrónica y la Maestría en Ingeniería se benefician ya que cinco docentes, tres técnicos y al menos seis estudiantes de licenciatura y posgrado participan activamente en el desarrollo del proyecto desde la parte administrativa, diseño, manufactura, automatización e integración. Para el 2016, incrementar al 70% los estudiantes en programas educativos de licenciatura reconocidos o acreditados por su calidad, esta actividad servirá a los programas antes mencionados enviar información de medio tiempo, así como un reporte de evaluación en la categoría 7.- Investigación y/o desarrollo tecnológico evidencias que se está cumpliendo con esta actividad lo que permitirá seguir siendo considerados programas de buena calidad por el CACEI (Consejo de Acreditación de la Enseñanza de la Ingeniería) para 2017. Y consolidar la maestría como programa de calidad dentro del Programa Nacional de Posgrados de Calidad o PNPC del CONACYT. Y así cumplir con la misión institucional:






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“Somos una institución de educación superior y posgrado que forma profesionales mediante un modelo educativo integral de calidad, que garantiza una formación técnica humanística, con capacidad para investigar y aplicar tecnología con impacto en el desarrollo de la sociedad” La cual está definida en el manual de calidad bajo la norma ISO 9001:2008, y se tiene el certificado de calidad de esta norma por SMC con vigencia de hasta agosto de 2018.






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4.- Logro de impactos científicos, tecnológicos, económicos y ambiental: Al realizar la vinculación con la empresa se cumple con el objetivo de investigar y aplicar tecnología con impacto en el desarrollo de la sociedad, llevando a la práctica lo que en el instituto enseña: Ingeniería y posgrados mejorando las competencias del profesorado y de los estudiantes. En el aspecto económico se busca la generación de recursos propios adicionales mediante la ciencia y la tecnología aplicada a solucionar problemas en la industria, de tal manera que mejore su productividad e incremente su desarrollo y horizontes que sean capaces de trascender en el ámbito internacional. En lo ambiental se busca disminuir el desperdicio de materiales mediante sistemas automatizados de fabricación e inspección y disminuir consumo de energía para la fabricación de componentes, esto se podrá evaluar una vez que se dé seguimiento al menos durante un año de producción y se pueda determinar los ahorros y disminución de scrap y materiales necesarios para la producción. Al lograrlo se disminuirán los costos de fabricación haciendo más competente a la empresa en cuestión, mejorando y ampliando la economía de la entidad, así como la permanencia y crecimiento de nuestra industria local en específico de autopartes. 5.- Grupo de trabajo: El grupo de trabajo al estar en cada reunión de seguimiento se comunicaba con la contraparte relacionada en la empresa, de esta manera se definían estrategias y cambios pertinentes para cumplir con el proyecto. Los participantes fueron: M.C. Antonio Avalos Olguín Responsable Administrativo del proyecto y enlace con la empresa, Ing. Jorge Rangel García la parte del Diseño, Ing. Jorge Álvarez Servín la parte de manufactura y el M.C. Hernando Chagolla Gaona la parte de automatización y control Responsable Técnico Institucional. Y con todos se realiza la toma de decisiones en conjunto con los responsables de la empresa en todas y cada una de las reuniones. 6.- PROBLEMAS ENFRENTADOS EN LAS DIFERENTES ETAPAS Y LOS AJUSTES REALIZADOS:

Se redujeron los problemas y cambios al están en constante contacto las dos contrapartes, las revisiones entre los ingenieros se hicieron en planta, de tal forma que se habló el mismo idioma y se llegó a un consenso más rápido, para la institución deberá de incrementar la capacidad de tiempo y técnica en áreas de maquinado y ajustes lo cual se corrigió a tiempo, de tal modo que se mejoró el tiempo de respuesta a lo planeado, a los cambios y ajustes. La institución deberá planear de mejor manera las cargas horarias de los profesores de tal manera se cuente con el tiempo suficiente dentro o fuera del horario de trabajo y buscar los apoyos necesarios de inicio, de la misma manera incrementar la infraestructura en equipo y maquinaria. La compra de materiales en relación al tiempo de compra y variación del dólar juega un papel importante lo que debe tomarse en cuenta para cumplir con las fechas






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planeadas, lo cual para este proyecto no fue crítico del todo ya que se cumplió con las fechas.

7.- PRODUCTOS E INDICADORES: MÁQUINA PARA ALIMENTACIÓN DE

VARILLAS

Descripción funcional del conjunto, Diseño:

El objetivo fundamental del proyecto es diseñar y fabricar un sistema automatizado capaz

de poder llevar a cabo la operación de alimentación y extracción de varillas de acero

inoxidable a una prensa hidráulica para el forjado en frio (cabeceado) que serán empleadas

como soporte de escape automotriz.

La empresa ha implementado diversas opciones para ejecutar la operación antes citada,

desde el trabajo manual de operarios con integración de sistemas de seguridad a base de

sensores ópticos, cortinas y botoneras de seguridad y automatización de etapas productivas

para incrementar los niveles de seguridad de sus operadores y la productividad en piso de

producción. Bajo estas premisas se decide que el conjunto prensa - máquinas de

alimentación que trabajen de forma automatizada para procesar por ciclo dos barras de

acero inoxidable.

Figura 1. Alimentación manual con sistema de

seguridad por cortina y automático en prensa

La secuencia requerida para el conjunto es: 1. Carga manual al sistema de dosificación de barras.

2. Dosificación de barras por parte del sistema indexador.

3. Acomodo de dos barras o varillas a carro principal.

4. Entrada de carro principal a muela de prensa.

5. Recolección de las dos barras previamente formadas.






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6. Colocación en ranuras de herramental para la siguiente etapa de formado.

7. Salida del conjunto de carga de muela de prensa

8. Descarga de las barras formadas.

Los requerimientos técnicos impuestos al conjunto son: 1. Proceso de alimentación de varillas automático.

2. Mecanismo compacto (optimizar longitud)

3. Mecanismo robusto.

4. Extracción de barras formadas y colocación de nuevo material en un ciclo.

5. Alimentación y extracción de dos barras por ciclo.

6. Capacidad de soportar los impactos mecánicos de las barras durante la descarga y

extracción de material

7. Alojarse en el espacio de confinamiento de la muela.

8. Soportar varillas de 559 mm de longitud.

Modelos conceptuales generados

Para dar solución y atender las necesidades de diseño se tomó de referencia la máquina

alimentadora de tres varillas diseñada y fabricada mediante un convenio de colaboración

entre la empresa y el Instituto en el periodo 2014, así como a una máquina diseñada y

fabricada en 2015 por otra institución. A este diseño inicial se le realizaron ciertas

modificaciones como fueron incrementar el ancho de la máquina para alojar varillas de 559

mm de largo, uso de guías lineales comerciales para el fácil deslizamiento de los carros,

cilindro sin vástago para disminuir longitud total, dosificador en dos etapas y solamente un

carro de alimentación.

A continuación se presenta la maquina desarrollada el año pasado y sirvió de referencia

para la nueva máquina, así como los subsistemas que componen el equipo.






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Figura 2. Diseño de maquina alimentadora de 3 varillas

Descripción funcional de la máquina de alimentación de barras El sistema consta básicamente de los siguientes sistemas:

1. Estructura de soporte y guiado de carro principal.

2. Sistema de indexado y acomodo de varillas.

3. Sistema de dosificado de 2 varillas.

4. Sistema de alimentación y recuperación de varillas.

1. Estructura de soporte y guiado de carro principal.

Este sistema fue fabricado en PTR calibre 11 (0.120 in) de 2 in x 2 in conformando una

estructura soldada de 1.30 m x 0.75 m x 0.90 m. En la parte superior se le unieron 2 placas

de acero estructural de 0.950m x 0.127m x 0.095m (3/8 in), que sirvieron de base para

soportar las guias lineales THK de 20mm x 23mm y 1. 37 m de longitud. Estas barras son

elementos comerciales Modelo SHS25C3SS1370250B-M6F0103.6195.60 (ver figura). Los

bloques de deslizamiento complementarias de las guías y que sirven de mecanismo de

desplazamiento para el carro principal de la maquina son, Bloque con rodamiento THK

modelo SSH25CSSB-M6F (ver figura). También este sistema se complementa con el

cilindro sin vástago modelo SMC MY3B50-700H-M9PZ_A9+F9+M9, que es un actuador

de 50 mm de embolo y 700 mm de carrera y la importancia de este, es generar el

movimiento para que el conjunto realice el desplazamiento del carro para la alimentación y

extracción de varillas. Aunado a este cilindro se tienen otro como elemento auxiliar para

garantizar que cada una de las dos varillas entren a su respectiva ranura en el carro, este

segundo cilindro es con guías integradas modelo SMC MGMM63-75Z-M9PL. Además al

no contar con vástago el cilindro principal se reduce la longitud total del mecanismo,

haciendo más compacto el mecanismo.






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Figura 3 Sistema de soporte y guiado de carro principal

Figura 4 Cilindro principal y cilindro auxiliar

Guías Lineales THK

Figura 5. Guía lineal modelo SHC25C3SS1370






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Figura 6. Guía lineal modelo SHC25C3SS1370 (torque y carga máximos)

Como se aprecia en la figura 6, la capacidad de carga (C0) para este tipo de bloque es de 52,4 kN, y el peso

del carro y barras laterales es de aproximadamente 300 N, lo cual implica que es ampliamente segura.

Por otra parte el momento máximo a lo largo es cuando el carro se encuentra dentro de la muela lo que origina

un brazo de palanca de 442 mm por lo que el momento estático que se genera es de 0.132 kN-m contra 0.566

kN-m que soporta un solo carro y en este caso se tienen 2 carros que soportan este momento por lo que

todavía asegura mas esta carga.

Cilindro principal y cilindro auxiliar

Como se comentó anteriormente el cilindro principal, su función es la de desplazar el carro hacia adentro de la

muela de la prensa, el recorrido total del dispositivo es de 620 mm por lo que el cilindro seleccionado es de

700mm de carrera, otra característica es que se seleccionó un cilindro si vástago para realizar un diseño más

compacto del equipo, ya que esta es un requerimiento técnico del dispositivo. El cilindro seleccionado es un

modelo SMC, número de parte MY3B50-700H-M9PZ. Diámetro de embolo de 50mm, 700 mm de carrera,

magnético con amortiguamiento mecánico en ambos sentidos.

La capacidad de empuje de este cilindro si se trabaja a 6 bar de presión (87 psi) es de 1177 N de carga. La

carga que el dispositivo va a ejercer es de 300 N. Por lo que se cuenta con un factor de seguridad de 3.9 lo que

indica que es adecuado este cilindro.






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Figura 7. Características técnicas de cilindro serie MY3B

Figura 8. Cilindro principal MY3B50-700H-M9PZ

Para asegurar que las varillas entren en el alojamiento correspondiente de la placa principal del carro de

alimentación, se integró al sistema de alimentación un cilindro auxiliar para este propósito, en cilindro

seleccionado corresponde a uno con guías de la serie MGP de la marca SMC, cuyo modelo es MGPM63-75Z-

M9PL, cuyas características principales son: diámetro de embolo 63 mm, carrera de 75 mm, con detector de

carrera magnético, guiado por casquillos de fricción y amortiguación estándar.






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Figura 9. Características técnicas de cilindro serie MGP

Al ser un cilindro de 63mm de diámetro de émbolo determina que la fuerza de empuje excede a la del cilindro

principal por lo que la capacidad es mayor y por lo tanto asegura su funcionamiento en el sistema.

Figura 10. Cilindro auxiliar MGPM63-75Z-M9PL

2. Sistema de acomodo de varillas






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Figura 11 . Diseño de sistemas de acomodo e indexado de varillas

El sistema de acomodo consta de una rampa y a la vez funciona como contenedor donde las

barras son colocadas manualmente. La parte principal de este sistema es el elevador de

barras donde estas son formadas para después ser dosificadas al sistema de alimentación y

extracción. Este elevador es una placa inclinada que se mueve por medio de un cilindro la

cual gracias a un plano inclinado eleva las varillas para después dejarlas formadas en espera

de ser dosificadas a las placas del siguiente sistema. Este sistema de elevación funciona

automáticamente ya que cuando el nivel de dosificación de varillas o barras es muy bajo el

sistema se encarga de alimentar más material en caso contrario detiene su funcionamiento

de nueva cuenta hasta que la cantidad de varillas llega a su nivel mínimo.

Figura 12. Diseño de sistemas de acomodo e indexado de varillas






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Otra característica de este sistema es que el elevador consta de 2 etapas, ya que como la

carrera de elevación es muy corta (50 mm) se necesita un escalón intermedio donde se

queda la varilla y en una segunda etapa se lleva hasta el dosificador.

Las figuras 11, 12 y 13 muestran los sistemas de acomodo e indexado de varillas. Figura 13. Diseño de sistemas de acomodo e indexado de varillas






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El sistema de acomodo de barras contempla la rampa-contenedor fabricada con una

estructura básica de PTR estructural de 1in x 1in con cubiertas y rampa de placa acero

estructural.

Los componentes comerciales que se emplearon como parte esencial para este sistema

fueron solo dos; el cilindro de elevación y el indexador con sus respectivos elementos

periféricos como fueron válvulas, solenoides, racores y sensores de fin de carrera.

Para la selección de los cilindros se tomó en cuenta lo siguiente:

Considerando que en la parte más baja del contenedor se tenga en espera 150 varillas y

tomando de referencia que la varilla tiene una masa de 0.563kg, esto da como dato una

masa de 84.45kg. Por lo que esta masa es la que el cilindro debe ser capaz de elevar,

aunque solo alimente una varilla de toda esta carga, Tomando en cuenta que la presión del

aire de trabajo sea de 6 bar. Se tiene.

Presión = 6 bar = 600,000 Pa

Fuerza = ma = 84.45 Kg x 9.81 m/seg2 = 828.45 N

𝑝 =𝐹

𝐴

𝐴 =𝐹

𝑝

𝐴 =828.45 𝑁

600000𝑃𝑎

A= 138X105 m

2

Obteniendo de aquí el diámetro del embolo se tiene; que el diámetro del embolo del

cilindro debe ser de 41.92mm, sin embargo como la serie seleccionada de cilindro es de la

marca SMC serie MGP, el diámetro de embolo de cilindro más acorde a la necesidad es de

50mm por lo que se selecciona este tamaño de cilindro.






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La selección para este cilindro es la siguiente:

Figura 15, Cilindro neumático de elevación modelo MPGM50-50-M9PL

.

3. Sistema de indexado de varillas.

Por otra parte el cilindro indexador se seleccionó de acuerdo a la necesidad de contar con

un dosificador de varillas, por lo que se eligió un cilindro de la serie MIW de la marca

SMC.

La serie MIW es un cilindro con guía de deslizamiento con dos dedos de funcionamiento

secuencial. El funcionamiento secuencial utiliza un bloque mecánico para controlar

mediante las vías de aire la separación exacta de las piezas de trabajo. La separación entre

el émbolo y los dedos permite realizar fácilmente el mantenimiento de los dedos. Tres

variaciones diferentes del dedo permiten seleccionar libremente la superficie de montaje de

los adaptadores en los dedos.

Figura 14 . Selección del cilindro de elevación de barras






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El separador o indexador es de a serie MIW de un stroke (carrera) de 25mm lo cual es

necesario ya que las varillas tienen un diámetro de 1/2" (12,7 mm) más la sobre carrera que

debe tener el dispositivo, lo cual es sumamente importante.

Por otra parte para calcular la capacidad de carga de este dispositivo seleccionado, se tiene:

Figura 17. Parámetros de cálculo para capacidad de carga de cilindro indexador (separador)

El máximo de varillas que pueden estar en espera son de 16 piezas, como cada una tiene un

peso 0.563 kg lo que equivale en total a 88.36 N, (esto es considerando que la carga es

completamente vertical). Pero como el dispositivo tiene una inclinación de 42° la carga

normal queda de 65.67 N. Esto indica que es la carga lateral aplicada al indexador.

Considerando además que el punto de aplicación de la carga (H) es de 70mm.

Ahora tomando de referencia la gráfica de capacidad de carga de este cilindro.

Figura 16 . Selección del cilindro de indexado de barras






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Concluyendo, se tiene que la capacidad de carga para este cilindro es de aproximadamente

195 N y la carga normal del dispositivo es 65.67 N, aun incluso si la carga fuese totalmente

vertical la carga seria de 88.36N, lo cual indica que este cilindro es adecuado.

La principal función del indexado de varillas es dosificar una cantidad específica de

varillas, en este caso se requiere que se lleve a cabo una dosificación de dos varillas por

ciclo, pero esta dosificación se realiza de tal manera que primero cae un varilla y al avanzar

el carro con ayuda del cilindro auxiliar cae la segunda, asegurando que ambas quedan

posicionadas en las respectivas ranuras de alojamiento para ser ingresadas a la herramienta

de la prensa.

Figura 18. Determinación de carga lateral admisible en cilindro MIW25






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Figura 19 . Cilindro separador seleccionado MIW25-25-D2AS-M9PZ

Figura 30 . Cilindro separador con sus herramientas

4. Sistema de alimentación y recuperación de varillas.

Este sistema emplea el juego de ranuras practicadas en la placa superior para llevar a cabo

en un solo movimiento la extracción de pieza y colocación por caída de la nueva barra a ser

formada.

El conjunto está integrado por las siguientes piezas: 1. Placa soporte inferior

2. Placa deslizante superior






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3. Cilindro neumático SMC modelo CDU32-40D-M9BL

4. Pieza de unión placa – cilindro

5. Topes para varilla

6. Topes de carrera

7. Guías de placa deslizante

Figura 15. Componentes del sistema

La placa deslizante cuenta con dos tipos de ranuras. Las ranuras rectas actúan como

alojamiento para las barras sin conformar mientras que las ranuras con aumento en un

extremo tienen la función de permitir el acceso de la pieza conformada por la prensa.

La secuencia de trabajo es la siguiente: 1. Alimentación de barras sin formar en las ranuras rectas por parte del sistema de

dosificación.

2. Entrada del alimentador a la muela de conformado haciendo coincidir las ranuras con

aumento con las piezas ya conformadas.

3. Funcionamiento de los botadores de la prensa

4. Extensión de los cilindros para elevar por las cuñas practicadas en la placa inferior las

piezas conformadas.

5. Retracción de los botadores y alojamiento simultaneo de las piezas a formar.

6. Salida del conjunto del interior de la prensa

7. Retracción del cilindro para alinear con las ranuras y permitir la expulsión por gravedad de

los productos.






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Las ventajas técnicas de la solución presentada son: 1. Ejecución de la operación en un solo movimiento. La placa inferior se posiciona sobre las

barras forjadas, con el actuar de los botadores de la herramienta las piezas entran en la

cavidad de extracción y la placa deslizante las sobrepone en la placa. Al tiempo que la

placa se desplaza, las ranuras con barras sin forjar se alinean con la anterior posición y

caen por gravedad; ello en solo el movimiento de extensión del cilindro.

2. Simplificación del diseño. El conjunto mecánico requiere de solo dos placas para la

operación.

4.a.- Barras guías del sistema de recuperación y alimentación de varillas.

En documento anexo se realiza un análisis por simulation de solidworks para

determinar la deflexión máxima que se originan en la barras guía.

Figura 16. Maquina alimentadora de varillas (Diseño completo)






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Manufactura del Proyecto S&T. Esta se realizó en el laboratorio de Ingeniería Industrial, usando maquinas convencionales y

CNC, en conjunto con el software DELCAM.

Los procesos empleados fueron:

Soldadura.

Barrenado.

Machueleado.

Maquinado en fresadora convencional

Maquinado en torno convencional

Maquinado en centro de maquinado vertical

Programación CNC manual

Programación CNC utilizando software (Delcam)

Rectificado.

La siguiente figura muestra el prototipo:






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MANUFACTURA DE PIEZAS

Nombre de

pieza a

maquinar

Cantidad Ayuda visual Material

Separador 3

Redondo de acero 1025 de 1" diam. X 30"

Elevador1_16_1 1 Placa de acero D2 de 23 3/4"x15"x3/8"

Placa de acero D2 de 16" x 10" x 1/2"Triángulo elev. 4

Placa de Acero 1025 de 30" x14"x1/2" espesor

Solera de acero D2 de 24"x 2"x 3/8"

Solera de acero D2 de 24"x 2"x 3/8"

Guía ext6 1

Solera_16 1

Tope_16 1

Tabla 1






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Base_cartabon_

16

Pieza_f_carros_

16

Solera 1020 1" x 1 1/4" 8"

Bastidor_16

1018

Soporte_inferior

_16 2

1018

Tope_sup_16 8

4140

Primer_escalon

_16 2

D2

Elevador1_16_

2 1

Placa deacero D2 de 23 3/4"x 14"x1/2"






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Porta_cil_16

1018

Base_guia:16 2

1018

Guarda1_16 2

A36

placa_bast 1

A36

Patas 4

1025

Base_mitad_16 2

Placa 1018 de 3/4" x 250mm x 450mm

Soporte_lat_16 2

1020

Porta_cil_2 1

Solera 1018 de 3/8" x 5" x 6"

Cartabon_16 2

Solera 1018 de 3/4"x1 1/4" x 12"






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Placa sup

cilindro 1

1025

Base posterior

cil_16 1

Base frontal_cil 1

Porta 2

Base barra 2 4

Soporte elev 2

Placa lsim 2

Tope_sup_16 3






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1 PIEZAS TERMINADAS

Figure 2

Figure 1.1

Figure 3.1






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2 PROCESOS DE MANUFACTURA

Figure 4






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Ilustración 1 Proceso de maquinado y elevadores

Figure 5

Ilustración 2 Proceso de maquinado triángulo/guía.






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3 MANUFACTURA – ENSAMBLES

Figure 7

Figure 6






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Figure 13

1.1 Integración Mecánica-electroneumática-electrónica. Para alimentar las varillas a la prensa se utiliza un “Alimentador ” ( Ver Figura 1.1).

Figura 1.1. Alimentador






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Partes del Alimentador. A continuación se irán describiendo las diferentes partes del alimentador y sus funciones, para poder comprender posteriormente la operación del mismo. Las varillas son colocadas por un operador en la entrada del alimentador (Ver Figura 2), el cual es el encargado de introducir de manera correcta y automática a la muela de la Prensa, los pares de varillas a procesar. El alimentador también se encarga de recoger de manera automática, los pares de varillas, ya procesadas. Una vez que se recogen las varillas ya procesadas, el alimentador las libera en su parte frontal, cayendo éstas a un contenedor que se encuentra entre el alimentador y la parte frontal de la prensa.

Figura 1.2 Entrada de varillas al alimentador.

Entrada al alimentador. Es el lugar donde el operador coloca las varillas al alimentador ( ver Figura 1.2), para que sean posteriormente colocadas en el carro. Parrilla. Es el mecanismo que está en la parte frontal del alimentador encargado de ir colocando las varillas en el carro (ver Figura 1.2), para que posteriormente sean colocadas en la muela para su procesamiento. La parrilla cuenta con un pistón doble, que permite que las varillas salgan del mecanismo una a una.

Dosificador. Es el mecanismo que va impulsando las varillas de la entrada del alimentador ( Ver Figura 1.3), hacia la parrilla. Este mecanismo, es el que va alimentando las varillas a la parrilla una a una.

Entrada

de

varillas.

Parrilla






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Figura 1.3. Ubicación del Dosificador.

Carro. Es el mecanismo que recibe las varillas de alimentador específicamente de la parrilla, es desplazado hacia la muela y suelta las varillas para ser procesadas a la vez que toma las ya procesadas en el paso anterior y es nuevamente recogido para liberar las varillas procesadas y tomar nuevamente las varillas de la parrilla.

Figura 1.4. Identificación del carro.

Control. El alimentador es controlado por un PLC Siemens S7-12, el cual recibe las señales de los diferentes sensores y genera las salidas correspondientes a los respectivos actuadores. Este PLC también controla la operación de la prensa y sincroniza la operación del alimentador con respecto a la prensa.

Dosificador

Carro






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El PLC se localiza en el gabinete que se encuentra en la parte inferior izquierda del alimentador (ver Figura 1.5).

Figura 1.3. Ubicación del PLC.

Ubicació

n del

PLC






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2.- OPERACIÓN DEL ALIMENTADOR

El Alimentador puede operar por medio del HMI, que se encuentra en el propio bastidor. Si el operador desea poner en operación el alimentador debe colocar la perilla negra del bastidor en la opción deseada y a la vez seleccionar esa misma opción en el HMI (Figura 2.1).

Figura 2.1. Panel de control.

El panel de control incluye el HMI, botón de paro de emergencia, como el de arranque y paro ( ver Figura 2.2).

Figura 2.2. Pulsadores e indicadores en panel de control.






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3.1.1 Suministro eléctrico y encendido del alimentador

La alimentación del alimentador deberá ser suministrada a 110V CA/1 KVA.

Para encender el sistema y prepararlo para trabajar, se deberán realizar los

siguientes pasos:

1- Girar el interruptor de encendido Figura 2.1 inciso a) hacia la derecha para

suministrar la alimentación a todos los dispositivos eléctricos del alimentador.

2- Verificar que el paro de emergencia tanto del armario del PLC como del HMI se

encuentren liberados. En caso contrario un indicador rojo en el armario del HMI

se mostrará encendido y permanecerá de esa manera hasta liberar todos los

paros de emergencia.

3- Presionar el botón “Rearme” (ver Figura 2.2) que se encuentra en el armario

del HMI. Una vez presionado y tomando en consideración que ninguno de los

paros de emergencia se encuentra activo, se encenderá un indicador verde en

el panel de control (ver Figura 2.2), el cual muestra que el alimentador se

encuentra listo para trabajar.

El indicador verde se apagará cuando se active un paro de emergencia o se

presione el botón “Paro” localizado en el panel de control (ver Figura 2.2).

Nota: La acción de “Rearme” quedará deshabilitada mientras uno de los paros

de emergencia se encuentre activo.

4- Presionar el botón “iniciar sesión” que se muestra en pantalla inicial de la HMI

(ver Figura 2.3).

5- Como primera vez que se usa el sistema; se deberá establecer la configuración

con la que trabajará el alimentador. Para esto, presionar-soltar el botón






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“Configuración del alimentador” en la pantalla actividad de usuario (ver Figura

2.4) para cambiar a la pantalla “Configuración del alimentador” (ver Figura

2.5).

Figura 2.3. Pantalla inicial “Presentación” en HMI.






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Figura 2.4. Pantalla “Actividad de usuario” en HMI.






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Figura 2.5. Pantalla “Configuración del alimentador” en HMI.

En la pantalla “Configuración del alimentador” se mostrarán 6 botones con las

siguientes acciones:

a) Botón “Sensor inteligente”: Presionar-soltar el botón “Sensor inteligente”

para habilitar o deshabilitar en el ciclo del alimentador el sensor inteligente.

El botón se muestra de color naranja cuando se excluye de la secuencia de

operación en sensor de visión y de color verde cuando el ciclo se

condiciona al resultado obtenido por inspección del sensor inteligente.

b) Botón “Botadores”: Presionar-soltar el botón “Botadores” para habilitar o

deshabilitar en el ciclo del alimentador los botadores de la prensa. El botón

se muestra de color naranja cuando se excluyen de la secuencia de

operación los botadores (sensores de posición y electroválvula para actuar

cilindro hidráulico de botadores) y de color verde cuando el ciclo se

condiciona a la posición de los botadores (inicio y final de carrera).

c) Botón “Fusión alimentador-Prensa”: Presionar-soltar el botón “Fusión

alimentador-prensa” para habilitar o deshabilitar en el ciclo del alimentador

la intervención de la prensa. El botón se muestra de color naranja cuando

se excluye de la secuencia de operación la prensa (forjado de varillas) y de

color verde cuando el ciclo se condiciona al estado de los sensores en la

prensa (inicio y final de carrera para regletas y muela, posición de cilindro

para forja de varillas).

d) Botón “Lista de entradas para alimentador”: Presionar-soltar el botón

“Lista de entradas para alimentador” para ir a las pantallas que muestran el

mapa de entradas con su respectivo nombre utilizadas para el alimentador.

e) Botón “Lista de salidas para alimentador”: Presionar-soltar el botón

“Lista de salidas para alimentador” para ir a las pantallas que muestran el

mapa de salidas con su respectivo nombre utilizadas para el alimentador.






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f) Botón “Reset”: Presionar-soltar el botón “Reset” para reinicializar las

variables de control en el alimentador. El botón se muestra de color naranja

cuando se encuentra inactivo y de color verde cuando se reinicializan las

variables de control.

6- Seleccionar el modo de operación para el sistema utilizando el selector de 3

posiciones ubicado en el panel de control (ver Figura 2.2) y validando el modo

en la HMI pantalla actividad de usuario.

La acción de los botones que hacen relación al modo de operación manual y

automático en la pantalla “Actividad de usuario” (ver Figura 2.4) se encuentran

condicionados a la posición del selector. Automáticamente al cambiar de modo

se habilitarán los botones (cambio de color gris naranja) que permitirán

entrar a las pantallas y realizar el control del alimentador con el modo

seleccionado.

Nota: Al seleccionar un modo de operación con el selector y validarlo en la

HMI (entrar a la pantalla referente al modo del selector) y se cambia el modo

de operación, automáticamente se deshabilita la funcionalidad de esa pantalla

y se habilitándola nuevamente cuando el modo de operación del selector

coincida con la pantalla de la HMI.

3.1.2 Modos de operación

La operación para el alimentador de varillas se realizará desde el panel de control

(ver Figura 2.2) por medio de un selector; habilitando 3 modos de operación:

Manual, Fuera y Automático.

Parta cambiar el modo de operación se gira la perilla (ver Figura 2.6) hacia la

derecha o izquierda:

a) Posición 1: Modo manual

b) Posición 2: Modo fuera

c) Posición 3: Modo automático






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Figura 2.6. Selector de 3 posiciones en panel de control.

Modo Manual: Habilita la operación manual de los actuadores neumáticos por

medio de pulsadores en la HMI (ver Figura 2.7).

Figura 2.7. Pantalla “Modo manual” para alimentador de varillas.

a) Botón “Válvula de arranque progresivo”: Presionar-soltar el botón

“Válvula de arranque progresivo” para suministrar aire al sistema. El botón

se muestra de color naranja cuando no se ha activado el suministro de aire

en el sistema y de color verde cuando se activa la alimentación neumática.

b) Botón “Elevador”: Presionar-soltar el botón “Elevador” activar los

movimientos de inicio y final de carrera para el actuador. El botón se






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muestra de color naranja cuando se habilita el inicio de carrera y de color

verde cuando se activa el final de carrera.

c) Botón “Cuchilla separador”: Presionar-soltar el botón “Cuchilla

separador” activar los movimientos de inicio y final de carrera para el

actuador. El botón se muestra de color naranja cuando se habilita el inicio

de carrera y de color verde cuando se activa el final de carrera.

d) Botón “Alimentación a prensa paso 1”: Presionar-soltar el botón

“Alimentación a prensa paso 1” activar los movimientos de inicio y final de

carrera para el actuador. El botón se muestra de color naranja cuando se

habilita el inicio de carrera y de color verde cuando se activa el final de

carrera.

e) Botón “Alimentación a prensa paso 2”: Presionar-soltar el botón

“Alimentación a prensa paso 2” activar los movimientos de inicio y final de

carrera para el actuador. El botón se muestra de color naranja cuando se

habilita el inicio de carrera y de color verde cuando se activa el final de

carrera.

f) Botón “Despachador de piezas en prensa”: Presionar-soltar el botón

“Despachador de piezas en prensa” activar los movimientos de inicio y final

de carrera para el actuador. El botón se muestra de color naranja cuando

se habilita el final de carrera y de color verde cuando se activa el inicio de

carrera.

g) Botón “Sensor inteligente”: Presionar-soltar el botón “Sensor inteligente”

para ir a la pantalla “Sensor inteligente” (ver Figura 2.8).






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Figura 2.8. Pantalla “Modo manual – Sensor inteligente”.

a) Botón “Realizar inspección sensor inteligente”: Presionar-soltar el

botón “Realizar inspección sensor inteligente” para realizar la inspección

de existencia de varillas en la prensa. El botón se muestra de color

naranja cuando se encuentra inactivo y de color verde cuando se realiza

la inspección (mantener presionado 2 segundos y posteriormente soltar).

b) Botones para selección de número de parte: Presionar-soltar el botón

con el número de parte a ser inspeccionada. El botón se muestra de

color verde cuando se encuentran cargados los parámetros de

inspección para ese modelo, mientras que el resto de los botones

permanecerán deshabitados en color naranja hasta seleccionar un

modelo diferente.

c) Botón “Cambiar imagen de referencia”: Presionar-soltar el botón

“Cambiar imagen de referencia” para cambiar la imagen patrón de

referencia (configuración del sensor inteligente). El botón se muestra de






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color naranja cuando se encuentra inactivo y de color verde cuando se

realiza el cambio de imagen (mantener presionado 20 segundos y

posteriormente soltar).

Modo Fuera: El equipo, mandos e indicadores quedan deshabilitados, por lo que

no responde los modos de control manual y automático en la HMI. ( Figura 2.9)

Figura 2.9. “Modo fuera”.

Modo Automático - Automático: Se habilita la secuencia de operación

automática para el trabajo de los actuadores neumáticos del alimentador (ver

Figura 2.10 y 2.11).






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Figura 2.10. Pantalla “Actividad de usuario” selector en modo automático.






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Figura 2.11. Pantalla “Modo Automático”.

a) Botón “Automático”: Presionar-soltar el botón “Automático” para iniciar la

secuencia de operación de manera automática. El botón se muestra de color

naranja cuando se encuentra inactivo y de color verde cuando permanece

activado.

b) Botón “Reiniciar conteo”: Presionar-soltar el botón “Reiniciar conteo” para

iniciar de cero la cuenta de piezas terminadas. El botón se muestra de color

naranja cuando se encuentra inactivo y de color verde cuando permanece

activado (mantener presionado 2 segundos y posteriormente soltar).

c) Botón “Corregir error sensor inteligente automático”: Presionar-soltar el

botón “Corregir error sensor inteligente automático” para realizar nuevamente

la inspección con el sensor de visión. El botón se muestra de color naranja

cuando se encuentra inactivo y de color verde cuando permanece activado

(mantener presionado 2 segundos y posteriormente soltar).






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Nota: El botón “Corregir error sensor inteligente automático” solo aparece

cuando en el ciclo automático el sensor inteligente determina que la inspección

es incorrecta y desaparece mientras la inspección sea correcta.

d) Indicador “Conteo de piezas”: Muestra el total de piezas terminadas cuando

el alimentador y la prensa trabajan en conjunto.

e) Indicador “Sensor inteligente no sincronizo”: Muestra un mal

funcionamiento del enlace de señales que interactúan entre el PLC y el sensor

inteligente después de haber ejecutado la orden “hacer inspección” y no

obtener ninguna retroalimentación.

f) Indicador “Pieza OK”: Se muestra de color verde mientras la inspección que

realizó el sensor de visión se encuentra dentro de los parámetros configurados

respecto al patrón de referencia. En caso contrario permanece en color blanco.

g) Indicador “Fallo de detalle”: Se muestra de color rojo cuando el sensor de

visión retroalimenta al PLC que la imagen actual no se encuentra dentro de los

parámetros configurados respecto al patrón de referencia. En caso contrario

permanece en color blanco.

h) Indicador “No encontrado”: Se muestra de color azul cuando el sensor de

visión retroalimenta al PLC una inconsistencia con la imagen actual (no

coincide) respecto al patrón de referencia. En caso contrario permanece en

color blanco.

Modo Automático - Semiautomático: Se habilita la secuencia de operación

automática condicionada al accionamiento del botón “Secuencia paso a paso” en

la pantalla modo semiautomático (ver Figura 2.12).






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Figura 2.12. Pantalla “Modo Semiautomático”.

a) Botón “Secuencia paso a paso”: Presionar-soltar continuadamente el botón

“Secuencia paso a paso” para iniciar la secuencia de operación de manera

automática deteniéndose por cada movimiento hasta presionar nuevamente

dicho botón. El botón se muestra de color naranja cuando se encuentra

inactivo y de color verde cuando permanece activado.

b) Indicadores de estado: Los indicadores S0S14 cambian de color blanco a

rojo cuando se detecta el inicio o fin de carrera de los actuadores, presencia y

nivel de varillas en el alimentador, a su vez, la leyenda “Dentro” o “Fuera”

cambia su estado según la posición de los actuadores.






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3.- OPERACIÓN DEL ALIMENTADOR

En este apartado se listan los materiales del Control Eléctrico y neumático, también se muestran algunas figuras del manifold, de la ubicación de elementos en el gabinete principal, la parte externa del mismo y el botón de arranque. 3.1.3 Equipo para control neumático

NO. DESCRIPCIÓN CLAVE ZONA TIPO DE CARGA

W VOLTS

Eq-01 Válvula solenoide VQC2100N-51 Alimentador de varillas Activa 0.4 24Vdc

Eq-02 Manifold VV5QC21-08C6FD2-S Alimentador de varillas N/A N/A N/A

Eq-03 Válvula mecánica VHS30-03B Alimentador de varillas N/A N/A 440

Eq-04 unidad de mantenimiento AC30-03C-A Alimentador de varillas N/A N/A 440

Eq-05 Bracket de fijación Y300T-A Alimentador de varillas N/A N/A 440

Eq-06 Válvula de arranque progresivo AV3000-03-5DZ Alimentador de varillas Activa 1.8 24Vdc

Eq-07 Manguera 6mm azul solido TU0604BU-100 Alimentador de varillas N/A N/A 440

Eq-08 Manguera 6mm rojo solido TU0604R-20 Alimentador de varillas N/A N/A 440

3.1.4 Instrumentación

No. DESCRIPCIÓN CLAVE Zona Tipo de Carga W Volts

IN-01 Sensor de presión ISE40A-N01-T-X501 Alimentador de varillas Activa 1.08 24Vdc

IN-02 Sensor magnético D-M9P Actuadores en

alimentador de varillas Activa/ 0.24 24Vdc

Figura 3.1. Equipo para control neumático.






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3.1.5 Equipo en armario de control para PLC

NO. DESCRIPCIÓN CLAVE MARCA

1 Armarios compactos AE – AE 1130.500 1000X760X300 mm 1130.500 RITTAL

2 Canaleta ranurada BK6422 WEIDMULLER

3 Carril, TS 35, TS 35 x 7.5, con coliso, Acero, cincado, cromado, 2000 mm 0514500000 WEIDMULLER

4 Interruptor termomagnético 20A 1+N-polos 5SY4520-7 SIEMENS

5 Interruptor termomagnético 6A un polo 5SY4106-7 SIEMENS




9 Borne, Conexión brida-tornillo 1020100000 WEIDMULLER

10 Borne de tierra, Conexión brida-tornillo 1010100000 WEIDMULLER

11 Borne portafusibles 1012400000 WEIDMULLER

12 Accesorios, Ángulo de fijación lateral 0383560000 WEIDMULLER

13 Tapa final, Placa separadora 1050100000 WEIDMULLER

14 Tapa final 1050000000 WEIDMULLER

15 Conexión transversal para bornes 1052060000 WEIDMULLER

16 Fusible 0430800000 WEIDMULLER

17 CPU 1215C 6ES7 215-1BG31-0XB0 SIEMENS

18 Módulo de entradas/salidas digitales 6ES7 223-1PL32-0XB0 SIEMENS

19 Módulo de salida analógica 6ES7 232-4HA30-0XB0 SIEMENS

20 Switch Ethernet 6GK7 277-1AA10-0AA0 SIEMENS

21 Fuente alimentación 6EP1333-2BA20 SIEMENS

22 Relevador de Potencia/Socket para relevador 60.13.8.120.0040/90.21 FINDER

23 Relevador de control/Socket para relevador 58.32.8.120.0060 FINDER

24 Toma de corriente 9915480001 WEIDMULLER

25 Interruptor giratorio montaje en puerta 3LD2103-0TK53 SIEMENS

26 Botón tipo hongo (paro de emergencia) 3SB32 01-1HR20 SIEMENS

27 Interface de conexiones en panel 7940000234 WEIDMULLER






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Figura 3.2. Armario de control para PLC (interior).

Figura 3.3. Armario de control para PLC (exterior).






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a) Interruptor de encendido b) Paro de emergencia

c) Interface de conexiones en panel

Figura 3.4 Interface y mandos en armario de control para PLC (exterior).






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3.1.6 Equipo en armario de control para HMI (Panel de control)

NO. DESCRIPCIÓN CLAVE MARCA

1 Armario compacto AE – AE 1380.500 380X380X210 mm 1380.500 RITTAL

2 TP700 COMFORT 6AV2124-0GC01-0AX0 SIEMENS

3 Botón pulsador luminoso verde 3SB3 251-0AA41 SIEMENS

4 Botón pulsador luminoso rojo 3SB3 251-0AA21 SIEMENS

5 Botón tipo hongo (paro de emergencia) 3SB32 01-1HR20 SIEMENS

6 Selector 3 posiciones retenido 3SB32 10-2DA11 SIEMENS

Se adicionan los siguientes anexos al final del documento: Anexo 1.- Barra guía lateral análisis estático 1-1 Anexo 2.- Concentrado de actividades Anexo 3.- Pantallas HMI Anexo 4.- Diagramas eléctricos 8.- LA RELACION DE VINCULACION S&T E ITQ FUE: Altamente satisfactoria, ya que se consolido el equipo multidisciplinario que se vinculó con el personal de la empresa para lograr el desarrollo del prototipo, con una disposición total de ambas partes. LOS RESULTADOS Y BENEFICIOS DE ESTA VINCULACION FUERON:

Para la institución se logró vincular las áreas del conocimiento siguientes: diseño y manufactura (Ing. Industrial), en materias como diseño mecánico, mecanismos, diseño asistido por computadora, metrología, procesos de fabricación, tecnologías asistidas por computadora, manufactura integrada por computadora, administración de proyectos en sistemas, automatización y control (Ingeniería Industrial e Ingeniería Electrónica) plc`s, control, ingeniería de sistemas, manufactura integrada por computadora, administración de proyectos. La información básica servirá para reportar al organismo acreditador CACEI A.C. y al CONACYT para el PNPC, ya que los tres programas están acreditados por este como programas de buena calidad y servirá para que los estudiantes puedan ver una solución a un requerimiento de una empresa de manera real y tangible y el posgrado envie información para mantener el PNPC. Para la relación institución-empresa, sirvió para aprovechar el enlace de los conocimientos y recursos con que cada una cuenta y su retroalimentación, además el detectar las áreas de oportunidad que tiene el instituto, para poder ofrecer un mejor servicio para posteriores proyectos. Se fortalece a partir de convenios como este la participación activa de los estudiantes de las distintas carreras de ingeniería y posgrado que ofrece el instituto.

tecnolÓgico nacional de mÉxico instituto tecnológico de ... · 1.11. 9 de diciembre de 2016,...

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