Contenido1 Introducción..............................................................................................................................1

2 Planteamiento del problema....................................................................................................1

3 Objetivos...................................................................................................................................1

3.1 Objetivo general................................................................................................................1

3.2 Objetivos específicos........................................................................................................1

4 Metodología..............................................................................................................................2

4.1 Metodología de trabajo......................................................................................................2

4.2 Cronograma........................................................................................................................2

5 Marco teórico............................................................................................................................2

5.1 Concepto............................................................................................................................2

5.2 Gata Mecánica (Resumen)..................................................................................................2

5.3 Propiedades mecánicas de los materiales..........................................................................2

5.4 Estructura del Acero...........................................................................................................3

5.5 Proceso de mecanizado......................................................................................................6

6 Conclusiones..............................................................................................................................7

7 Innovaciones..............................................................................................................................8

8 Bibliografía.................................................................................................................................8

PROYECTO: GATA MECANICA TIPO TIJERA O TORNILLO

1 Introducción

El desarrollo tecnológico actual y las crecientes exigencias de la sociedad hacen que el profesional calificado este a la altura de estas necesidades técnicas continuamente cambiantes.

En este trabajo se estudiará los distintos pasos que se deben realizar para el diseño de una gata mecánica, analizando todas las posibles soluciones y escogiendo la que mejor se adapte a las necesidades o requerimientos del proyecto, tomando en cuenta siempre las innovaciones que se puedan realizar.

2 Planteamiento del problema

Elaborar un diseño de lo que es la gata mecánica tipo tijera o comúnmente llamado gata tornillo con las características específicas de manera que se pueda satisfacer las exigencias del que lo manipule o lo transporte para uso del levantamiento de diferentes cuerpos.

3 Objetivos

3.1 Objetivo general

El objetivo principal es realizar un diseño de la gata mecánica que cumpla con los requisitos propuestos de manera grupal.

3.2 Objetivos específicos

Investigar sobre las características de una gata mecánica.

Realizar el diseño y cálculos necesarios para la construcción de la gata mecánica.

Elegir el material más adecuado para la construcción de la gata mecánica.

Realizar el dibujo de nuestro diseño en el software ya tomado anteriormente que es Solid Works.

Realizar la hoja de procesos de fabricación de las piezas con tipos de materiales diferentes.

Calcular el costo total del proyecto y así mismo fijar el precio de venta del mismo

1

4 Metodología

4.1 Metodología de trabajo

Este trabajo se lo realizó de manera grupal de, 10 estudiantes y un tutor el cual nos ayudó y superviso el trabajo.

Se realizaron reuniones en fechas indicadas por el grupo, para realizar el trabajo y poder tener todo acabado para la entrega final.

4.2 Cronograma

Dentro del grupo se realizaron 2 reuniones por cada semana, en el cual el tutor evaluaba a cada integrante y aportaba con sus conocimientos en la realización del trabajo.

5 Marco teórico

5.1 Concepto

La gata mecánica es una herramienta mecánica. Se encuentra frecuentemente en los diferentes vehículos para lo cual es utilizado para el levantamiento de un cuerpo de capacidad variable y esta herramienta ya viene incluido en el vehículo.

5.2 Gata Mecánica (Resumen)

La gata mecánica está diseñando para soportar la carga de un cuerpo (20 Kg Aprox.) , y soportar una carga de 1000 Kg en la parte inferior.

La gata mecánica, se divide en varias partes. Los materiales utilizados para la gata mecánica son: acero SAE 1010, pernos y

remaches, pasadoresy planchas. Para el dibujo y ensamble de la gata mecánicase utilizó Solid Works 2009. Para el dimensionamiento de las piezas se empleó conocimientos llevados antes en

cursos inferiores como ser: Cálculo, Resistencia de Materiales, Ciencia de los materiales, etc.

5.3 Propiedades mecánicas de los materiales

Las propiedades mecánicas de los materiales son las características inherentes que permiten diferenciar un material de otros. Estos materiales están expuestos a diferentes esfuerzos. Para ver las fuerzas que actúan sobre ellos se debe realizar un diagrama de cuerpo libre.

Tracción:

2

En el cálculo de estructuras e ingeniería se denomina tracción al esfuerzo a que está sometido un cuerpo por la aplicación de dos fuerzas que actúan en sentido opuesto, y tienden a estirarlo.Lógicamente, se considera que las tensiones que tiene cualquier sección perpendicular a dichas fuerzas son normales a esa sección, y poseen sentidos opuestos a las fuerzas que intentan alargar el cuerpo.

Compresión:

El esfuerzo de compresión es la resultante de las tensiones o presiones que existe dentro de un sólido deformable o medio continuo, caracterizada porque tiende a una reducción de volumen o un acortamiento en determinada dirección.

Flexión:

En ingeniería se denomina flexión al tipo de deformación que presenta un elemento estructural alargado en una dirección perpendicular a su eje longitudinal. Un caso típico son las vigas, las que están diseñadas para trabajar, principalmente, por flexión. Igualmente, el concepto de flexión se extiende a elementos estructurales superficiales como placas o láminas. El esfuerzo que provoca la flexión se denomina momento flector.

Fatiga:

La fatiga puede definirse como una fractura progresiva. Se produce cuando una pieza mecánica está sometida a un esfuerzo repetido o cíclico, por ejemplo una vibración.

Aunque el esfuerzo máximo nunca supere el límite elástico, el material incluso puede romperse después de poco tiempo- En la fatiga no se observa ninguna deformación aparente, pero se desarrollan pequeñas grietas localizadas que se propagan por el material hasta que la superficie eficaz que queda, no puede aguantar el esfuerzo máximo de la fuerza cíclica. El conocimiento del esfuerzo de tensión, los límites elásticos y la resistencia de los materiales a la plasto deformación y la fatiga son extremadamente importantes en ingeniería.

5.4 Estructura del Acero

El acero es una aleación de hierro y carbono, donde el carbono no supera el 2,1% en pesode la composición de la aleación, alcanzando normalmente porcentajes entre el 0,2% y el 0,3%. Porcentajes mayores que el 2,0% de carbono dan lugar a las fundiciones, aleaciones que al ser quebradizas y no poderse forjar se diferencian de los aceros y se moldean.

Las propiedades físicas de los aceros y su comportamiento a distintas temperaturas dependen sobre todo de la cantidad de carbono y de su distribución en el hierro. Antes

3

del tratamiento térmico, la mayor parte de los aceros son una mezcla de tres sustancias: ferrita, perlita y cementita. La ferrita, blanda y dúctil, es hierro con pequeñas cantidades de carbono y otros elementos en disolución, la cementita es un compuesto de hierro con el 7% de carbono aproximadamente, es de gran dureza y muy quebradiza. La perlita es una profunda mezcla de ferrita y cementita, con una composición específica y una estructura característica, y sus propiedades físicas son intermedias entre las de sus dos componentes. La resistencia y dureza de un acero que no ha sido tratado térmicamente depende de las proporciones de estos tres ingredientes. Cuanto mayor es el contenido en carbono de un acero, menor es la cantidad de ferrita y mayor la de perlita; cuando el acero tiene un 0,8% de carbono, está por completo compuesto de perlita. Al elevarse la temperatura del acero, la ferrita y la perlita se transforman en una forma alotrópica de aleación de hierro y carbono conocida como austenita, que tiene la propiedad de disolver todo el carbono libre presente en el metal. Si el acero se enfría despacio, la austenita vuelve a convertirse en ferrita y perlita, pero si el enfriamiento es repentino la austenita se convierte en martensita, una modificación alotrópica de gran dureza similar a la ferrita pero con carbono en solución sólida.

Figura 1: Diagrama de fases del acero

4

Características de esfuerzo deformación del acero:

La mayoría de las propiedades de los aceros que son de interés para los ingenieros se pueden obtener directamente de sus curvas de esfuerzo deformación. Tales características importantes como el límite elástico proporcional, el punto de fluencia, la resistencia, la ductilidad y las propiedades de endurecimiento por deformación son evidentes de inmediato.

La Figura 1 muestra el gráfico obtenido en una máquina de ensayo de tracción para un acero.

Figura 2: Curva esfuerzo-deformacióndeun acero

Propiedades físicas de los aceros SAE:

5

Tabla 1Propiedades Mecánicas. Barras de acero en caliente.

La Tabla 1 relaciona la nomenclatura AISI-SAE con los valores de resistencia, ductilidad y dureza.

Nº SAE oAISI

Resistenciaa la tracción

Rm

Límite defluencia

Re

Alargamientoen 50 mm

DurezaBrinell

Kgf / mm2 Mpa Kgf/mm2 Mpa %1010 40,0 392,3 30,2 292,2 39 1091015 42,9 420,7 32,0 313,8 39 1261020 45,8 449,1 33,8 331,5 36 1431025 50,1 491,3 34,5 338,3 34 1611030 56,3 552,1 35,2 345,2 32 1791035 59,8 586,4 38,7 377,5 29 1901040 63,4 621,7 42,2 413,8 25 2011045 68,7 673,7 42,2 413,8 23 2151050 73,9 724,7 42,2 413,8 20 2291055 78,5 769,8 45,8 449,1 19 2351060 83,1 814,9 49,3 483,5 17 2411065 87,0 853,2 51,9 509,0 16 2541070 90,9 891,4 54,6 535,4 15 2671075 94,7 928,7 57,3 560,9 13 2801080 98,6 966,9 59,8 586,4 12 293

Acero SAE 1010:

Acero con bajo contenido de carbono bajo la norma SAE. Mediante tratamientos térmicos se puede dar dureza y elasticidad a las piezas. Los aceros de bajo contenido de carbono (SAE 1010 al 7045 y otros como eI8620) se cementan. Los de alto contenido de carbono (SAE 1050 al 1090) se templan.

5.5 Proceso de mecanizado

Corte por sierra mecánica:

Herramienta que sirve para cortar madera y otros cuerpos duros y que está formada por un motor y una rueda plana y ovalada alrededor de la cual lleva una cadena dentada que gira a gran velocidad cuando se activa.

Taladrado:

El taladrado es la operación de mecanizado que tiene por objeto producir agujeros cilíndricos en una pieza cualquiera, utilizando como herramienta una broca. La operación de taladrar se puede hacer con un taladro portátil, con una máquina taladradora, en un torno, en una fresadora, en un centro de mecanizado CNC o en una mandriladora.

6

Fresa:

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

Torno:

Es un conjunto de máquinas herramienta que permiten mecanizar piezas de forma geométrica de revolución. Estas máquinas-herramienta operan haciendo girar la pieza a mecanizar (sujeta en el cabezal o fijada entre los puntos de centraje) mientras una o varias herramientas de corte son empujadas en un movimiento regulado de avance contra la superficie de la pieza, cortando la viruta de acuerdo con las condiciones tecnológicas de mecanizado adecuadas. Desde el inicio de la Revolución industrial, el torno se ha convertido en una máquina básica en el proceso industrial de mecanizado.

La herramienta de corte va montada sobre un carro que se desplaza sobre unas guías o rieles paralelos al eje de giro de la pieza que se tornea, llamado eje Z; sobre este carro hay otro que se mueve según el eje X, en dirección radial a la pieza que se tornea, y puede haber un tercer carro llamado charriot que se puede inclinar, para hacer conos, y donde se apoya la torreta portaherramientas. Cuando el carro principal desplaza la herramienta a lo largo del eje de rotación, produce el cilindrado de la pieza, y cuando el carro transversal se desplaza de forma perpendicular al eje de simetría de la pieza se realiza la operación denominada refrentado.

6 Conclusiones

Se logró realizar el diseño de la gata mecánica cumpliendo con los requisitos propuestos de manera grupal.

Mediante la hoja de procesos se determinó que se usarán máquinas como: Guillotina, plegadora, sierra, torno y taladro para la fabricación de la gata

mecánica. Con relación a los costos pudimos observar que nuestra gata mecánica nos llegaría

a costar Bs 250. Concluimos el trabajo en equipo satisfactoriamente.

7

7 Innovaciones.

Las innovaciones que se puede aplicar en la gata mecánica para su uso y mejoramiento tanto en lo que es costo por cada unidad producida y comercializada por lo que se mencionara:

Se planteó poner un eje en vez de los tornillos de lo parte posterior e inferior ya que los ejes serán fijos y en cuanto a costo será más accesible.

Se podría reducir y hacer un vaciado en la parte de la base por lo que este sería una gran ayuda ya que este vaciado se adaptaría a cualquier terreno con puede ser aéreas de lodo, piedra y tierra.

Otro planteamiento seria de aumentar hilos en la parte del tornillo sin fin por lo se dijo que en vez de 12 hilos se emplearía 16 hilos por lo que este se elevaría mucho más rápido.

8 Bibliografía

Joseph E. Shigley - Charles R. Mischke. "Diseño en Ingeniería Mecántca" Ed., Mc Graw Hill, 1999

d) EduardScharkus, "Tablas para la Industria Metalúrgica", Ed Reverte, 198 http://es.wikipedia.org/wiki http://www2.ing.puc.cl/~icm2312/apuntes/materiales/materials2.html http://es.wikipedia.org/wiki/Propiedades_mec%C3%A1nicas_de_los_materiales

8

Anexos

Cálculos Estáticos de lo que es la Gata Mecánica

CÁLCULOS DE DIMENSIONAMIENTO

El análisis del dimensionamiento se realizara en el momento donde la gata mecanico alcance su altura máxima:

Mediante las leyes de Newton se tiene:

∑ F y = 0TA + TB - 1000 = 0 (1)La tensión de la barra 1 y 2 es:

T1 = TA cosαT2 = TB cosα

Como se supone que las 2 tensiones están con un mismo ángulo de inclinación α, entonces se puede concluir que:

T1 = T2

Si α = 0 T1 = TA cos0 = T1

Si α = 30 T1 = TA cos30 = TA (0.87)

Como se podrá ver el punto más crítico es cuando T1 = TA cos0, porque la tensión no disminuye. Pero si el ángulo α aumenta la tensión disminuye.

Entonces consideramos que: T1=T2=TA=TB=T

De la ecuación (1) se tiene:

T cosα + T cosα = 1000 2 T cosα = 1000Si α = 0

Para determinar el tipo de material encontramos σf:

σ ≤σ fn

n = coeficiente de seguridad

Dimensionamiento de los pasadores (tuercas, tornillos)

El pasador está sometido a esfuerzo cortante (Ʈ)

II

T = 500 Kg

1000 kg

12

TA

α

TB

σ = tensión (int. de carga) - Utilizamos el coeficiente de seguridad n = 5

σ=TA≤σ fn

Área del perfil:

A = 2.28 cm2

TA≤σ fn

5002.28

≤σ f5

σ f= 886.52 Kg/cm2

= 90.46 Kg.f/cm2

σ f= 8.86 MPa

El σf del acero SAE 1010 es:

σf = 292.2 MPa >> 8.86 MPa

Lo que significa que utilizaremos este tipo de acero que es el más cercano al σf encontrado.

D

Ʈ = σ fn

(σf = 292.2 MPa)

T2 A

≤σ fn

10002 π D 2

4

=292.2∗102

5

D = 0.33 cmEl diámetro que utilizaremos es de medio centímetro por motivos comerciales:

Calculo del centro de masas para la base:El cálculo del centro de masas se pudo obtener del programa Solidworks.

CM

Como la pieza es simétrico el centro de masas siempre estará en el centro de la pieza, en este caso en el punto medio de la plancha pegada al piso y la plancha en vertical.

Observación :

Los cálculos realizados son aproximados ya que las leyes cinemáticas están formuladas bajo ciertas condiciones físicas; pero como se está usando un coeficiente de seguridad elevado (n=5), creemos que el material podrá resistir sin problemas los 1000 Kg.

HOJA DE PROCESOS

III

D = 0.5 cm

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMÓN

CROQUIS DE LA PIEZA ACABADA

FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA

INGENIERÍA INDUSTRIAL

HOJA DE PROCESOS Pieza: Perfil U Plano:

Material SAE 1010

Fase

Esquema DescripciónOp.

Máquina Herramienta

vc. [m/min]

s [mm/rev]

n [rev/min]

T [min]

1.1

Medir y marcar la longitud en bruto del perfil U

1Flexómetro Rayador 2

1.2

Trazar líneas para el corte en el perfil U

2Escuadra Rayador 2

1.3

Cortar el perfil U en bruto. 3

Cierra mecánica

Cierra para acero 5

2.1

Medir, trazar y marcar las líneas para la perforación del lado izquierdo.

4

Escuadra, trazador, compas y granete.

3

2.2

Medir, trazar y marcar las líneas para la perforación del lado derecho del perfil.

5

Escuadra, trazador, compas y granete.

2

IV

2.3

Perforar los 2 huecos del lado izquierdo del perfil U.

6 Taladro Broca Ø=5mm

15 0,1 955 0,047

2.4

Perforar los 2 huecos del lado izquierdo del perfil U.

7 TaladroBroca

Ø=14mm 22 0,25 500 0,058

3.1

Medir y trazar líneas para cortar las esquinas del lado derecho de perfil U

8 5

3.2

Cortar las 2 esquinas del perfil U en forma triangular.

9Cierra

mecánicaCierra para

acero 10

4.1 Medir y trazar líneas para cortar la base del perfil

10 Escuadra Rayador

5

V

U.

4.2

Cortar la base del perfil en forma cuadrangular.

11Cierra

mecánicaCierra para

acero 5

5.1

Medir y trazar las curvas para cortar en forma semicircular las 4 esquinas del lado derecho del prerfil U.

12Escuadra Rayador, compas

5

5.2

Cortar el perfil U en forma semicircular.

13Fresador

a Cuchila 4 20 159.15 0.02

9

5.3 Limar la Pieza 14 Lima 10

TIEMPO TOTAL E TRABAJO EN [Min] 54.13

Pieza: Perfil U Plano: 10

Material: SAE 1010 Piezas a fabricar

1

Fase: Todas

TIEMPO TOTAL DE MANUFACTURATiempo manufacturado: 54,13 Min

Para 1 Pieza (s) 54,13 Min

TOTAL:54,13

Min

VI

HOJA DE COSTOS

VII

HOJA DE COSTOS

VIII

Materiales para la GataParte de la Gata Tipo Dimensiones [mm] Precio [Bs] Cantidad

BrazoPerfil Costanera "C" 50x25x3 147 6Perfil Canal "U" 50x25x3 115 6Perfil UPN 80 ----------------- 270 12

Tornillo Sin finVarilla Roscada UNC 1/2 13,12 1Varilla Roscada Metrica 1/3 15 1

PernosPerno HEX G9 2/7 0,5147 1Per HEX 3/4 3,848 1

PasadoresTUE HEX 1 1/3 0,1532 1TUE HEX 2 1/2 0,58 1

BasePlancha 1 1/8 450 1x2Plancha 2 1/5 746 1x2

Remaches Remache -------------- 5 1Manivela MANIVELA ----------------- 40 6

Materiales a UsarParte de la Gata Tipo Dimensiones [mm] Precio Unitario [Bs] Cantidad Costo TotalBrazo Perfil Canal "U" 50x25x3 19,16666667 3,2 61,3333333Tornillo sin Fin Varilla Roscada UNC 1/2 13,12 1 13,12Pernos Perno HEX G9 2/7 0,5147 2 1,0294Pasadores TUE HEX 2 1/2 0,58 7 4,06Base Plancha 2 1/5 7,46 1 7,46Remaches Remache ----------------- 5 4 20Manivela MANIVELA ----------------- 6,666666667 1 6,66666667

TOTAL COSTOS DE MATERIAL USADOS 113,6694

Costo de Mano de Obra= Costos que incluyen los fresados,torneado,etc.

100

COSTO TOTAL DE PRODUCCION 213,6694

DATOS SEGÚN TORNEROMateriales para la Gata

Parte de la Gata Tipo Dimensiones [mm] Precio [Bs] CantidadBrazo Perfil Costanera "C" 50x25x3 147 6

IX

Perfil Canal "U" 50x25x3 115 6Perfil UPN 80 ----------------- 270 12

Tornillo Sin fin + Rosa tuerca

Tor + Rosca-tuerca L=30 40 1Tor + Rosca-Eje L=30 40 1Tor+ perno Rosca L=30 70 1

Pasadores +Remaches Pasador + Remache --------------------- 10 1

BasePlancha 1 1/8 450 1x2Plancha 2 1/5 746 1x2

Remaches Remache -------------- 5 1Manivela MANIVELA ----------------- 40 6

Materiales a Usar

Parte de la Gata Descripcion Dimensiones [mm] Precio Unitario [Bs] Cantidad Costo TotalBrazo Perfil Canal "U" 50x25x3 19,16666667 3,2 61,3333333Tornillo sin Fin Tor+ perno Rosca L=30 70 1 70Pasadores+remaches pasador+remache --------------------- 10 4 40Base Plancha 1 1/8 4,5 1 4,5Manivela MANIVELA ----------------- 6,666666667 1 6,66666667

Soldado ,Cortado,Golpeado 60Costo de Material + Costo de Mano de Obra 242,5

Descuento 10% 218,25

PLANOS

X

XI

XII

XIII

XIV

XV

XVI