roladora de tubos
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UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
FRANCISCO DE MIRANDA
REA DE TECNOLOGA
COMPLEJO ACADMICO EL SABINOPROGRAMA DE INGENIERA MECNICA
CONSTRUCCIN DE UNA ROLADORA DE TUBOS PARA EL TALLERINDUSTRIAL GARPIN C.A DE PUNTO FIJO, ESTADO FALCN.
AUTOR(ES):
Br. Jhonny Pea C.I. V-19.426.573
Br. Adrian Carballo C.I. V-19.981.087
TUTOR ACADMICO:
Ing. Esp. Ana Chirinos.
C.I. V- 13.202.425
TUTOR INDUSTRIAL
Ing. Nancy AntequeraC.I. V- 9.585.044
PUNTO FIJO, JUNIO 2014
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UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
FRANCISCO DE MIRANDA
REA DE TECNOLOGA
COMPLEJO ACADMICO EL SABINOPROGRAMA DE INGENIERA MECNICA
CONSTRUCCIN DE UNA ROLADORA DE TUBOS PARA EL TALLERINDUSTRIAL GARPIN C.A DE PUNTO FIJO, ESTADO FALCN.
AUTOR(ES):
Br. Jhonny Pea C.I. V- 19.426.573Br. Adrian Carballo C.I. V- 19.981.087
TUTOR ACADMICO:
Ing. Esp. Ana Chirinos.
C.I. V- 13.202.425
TUTOR INDUSTRIAL
Ing. Nancy Antequera
C.I. V- 9.585.044
PUNTO FIJO, JUNIO 2014
Trabajo de Grado presentado ante la ilustreUniversidad Nacional Experimental Francisco deMiranda como requisito final para optar al Ttulode Ingeniero Mecnico.
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AGRADECIMIENTOS
Antes que todo darle mi agradecimiento a Diostodopoderoso por darme vida
y salud para lograr esta meta que me he trazado, por darme fuerza y voluntaden esos momentos difciles cuando creemos que no podemos ms y hacerme
entender que son momentos que te llenan de experiencia y motivacin para
seguir superndote da a da. GRACIAS DIOS.
A mi bella madre Nubia Daz por darme la vida, por ser ese apoyo
incondicional y mi motivacin, muchas gracias madre por ese amor y cario
que me has brindado en tantos aos a pesar de la distancia que nos hanseparado en algunos momentos, completamente orgulloso de ser t hijo madre
ma te amo.
Nuevamente a Dios por darme la dicha de tener dos padres: Jhonny Peael
segundo ser que me dio la vida, a ti viejo, mi respeto, admiracin y mi
agradecimiento por tanto que me has dado. Wolfang Castrillomi otro padre,
para ti viejo muchas gracias por inculcarme los valores necesarios para ser la
persona quien soy, por ensearme lo que es bueno y malo, por darme esa
educacin inicial que hoy en da ha obtenido su fruto y por repetirme una y otra
vez en esas largas conversaciones la palabra CAPACTENSE siempre la
tom en cuenta, totalmente agradecido.
A mi ta Nancy Antequerami segunda madre, por el inmenso apoyo que me
has brindado desde el primer da que llegue a estas tierras eres parte de mi
logro, orgulloso de ser sobrino de una bella persona, trabajadora y luchadoracomo t, que Dios te de mucha vida y salud para agradecerte las veces que
sea posible por tanto apoyo y sacrificio que me has dado incondicionalmente.
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A mis hermanos Julio, Jonnathan y Nubia (mi prince, mi ita, mi zaray) por
el gran apoyo desde el comienzo y fin de mi carrera, a ti Jhonnathan por esos
consejos que desde un comienzo me distes y por el apoyo que an me sigues
brindando desde all arriba, se te extraa hermano, gracias por ese regalo queme dejaste esa sobrina bella Jonnaylis, a ti, Julio, por esa motivacin y apoyo
que me has dado ltimamente en esos momentos difciles de mi carrera y para
la culminacin de este proyecto, a ti Nubia la chiquita de la casa por esa
inmensa alegra desde que llegaste a nuestras vidas que al pasar de los aos
has tomado diferentes apodos llenos de cario. Totalmente agradecido con
ustedes hermanos los amo.
A mi primo Eduardo Jos Cuba Antequera (mi Plin y Big League) por
adoptarme como t hermano y vivir a tu lado grandes momentos de gloria en
tu carrera como pelotero, me siento totalmente orgulloso de ti cada vez que
escucho tu nombre en cada evento deportivo que se realiza en tu honor,
gracias por esa sobrina que me dejaste mi bella Eduna Sofa.
A mis abuelos Teresa Moreno, Jess Castrillo, Adela Soto, Flix Daz,
Carmen Pea, Simn Antequera y Soledad Guillen para ustedes mis viejos
por tanta enseanza, consejos y carios que han dado dichoso por tener
tantos abuelos. Muchas bendiciones y salud para ustedes y para los que ya
partieron al reino de Dios (Jess y Carmen) sigan guiando mis pasos.
A toda mi gran familia Castrillo, Antequera y Pea por todo lo vivido con
ustedes, por esa unidad que nos caracteriza en los momentos difciles y
gratos, gracias por ese sentimiento familiar, Dios me los bendiga a todos.
A mis amigas, mis compaeras de estudio y de lucha Lesli Garces y Mara
Reyes totalmente agradecidocon Dios, por haberlas puesto en mi camino. A
ti Lesli por esa amistad y cario nico desde que comenz este sueo quehoy
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se ha logrado con mucho esfuerzo, gracias por todo el apoyo incondicional que
an me sigues dando y por todos los momentos vividos. A ti Mara a pesar de
que llegaste a mitad de este camino tan largo fue de gran aporte tu apoyo, tu
conocimiento y esa amistad tan bonita que surgi. Mis Ingenieras Mecnicastotalmente agradecido con ustedes por su apoyo y preocupacin en este
proyecto, le pido a Dios que les abra muchas puertas hacia el xito. Se les
quiere muchachas.
A mi compaero de tesis Adrian Carballopor trazarnos y cumplir esta meta
juntos con mucha paciencia y perseverancia.
A mi tutora acadmica Ing. Esp. Ana Chirinospor el apoyo y asesoramiento
que me ha bridado para el desarrollo de este proyecto. Para usted profesora
muchas gracias.
A laUniversidad Nacional Experimental Francisco de Miranda mi segunda
casa, inmensamente agradecido con esta casa de estudio por haberme
prestado las herramientas necesarias para formarme y ser lo que soy hoy.
Al Taller Industrial Garpin por el apoyo que me han prestado para la
realizacin de este proyecto del cual estoy seguro que ser de un total
beneficio para la empresa. Agradecido con el personal obrero (Torneros,
Soldadores, Fabricadores)por las sugerencias, opiniones y consideraciones
que me brindaron en el momento de la fabricacin y construccin de la
mquina
Jhonny J. Pea D.
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AGRADECIMIENTOS
Quiero darle gracias a Diospor permitirme alcanzar esta gran meta, por darme
la vida, salud y la fuerza necesaria para vencer cada obstculo permitindomesalir siempre adelante y por haber puesto en mi camino a aquellas personas
que han sido mi soporte y compaa durante toda la carrera.
A mis padres, por todo el apoyo que siempre me han dado, si no fuera por
ellos no sera lo que soy hoy en da. Gracias madre,por todos esos regaos
que siempre me dabas para que estudiara y por todos esos consejos que me
sirvieron de mucho para salir adelante y de motivacin para alcanzar estameta. Gracias padre, por todo lo que me has enseado, t fuiste quien me
hizo tomarle el cario a la carrera y en este logro se ve reflejado todo el
esfuerzo y la esperanza que siempre depositaste en mi.
A mishermanos, que siempre han estado apoyndome en todo momento y
a mi hermana, que siempre ha estado conmigo a lo largo de la carrera
apoyndome en los momentos ms difciles y aconsejarme en los momentos
justos. Los adoro muchsimo.
A mi novia bella, que llego a mi vida el momento justo. Da a da era un
obstculo diferente y cuando crea que ya no poda mas, tuviste ah para
tenderme tu mano y levantarme para seguir adelante y vencer cada una de
esas barreras. Sencillamente me llenaste de inspiracin, te doy gracias por
todo el apoyo y el cario que siempre me has brindado.
A toda mi familia, que de una forma u otra me han apoyado y que estn
siempre ah para tenderme la mano cuando ms lo necesito.
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Tambin tengo mucho que agradecerles a Lesli Garcs yMara Reyes, por
toda su colaboracin y estar siempre pendientes de nosotros. Sencillamente
gracias por todos esos regaos y estar siempre ah para apoyarnos cuando
ms lo necesitamos.
A la seora Nancy Cuba, ta de mi compaero de tesis y tutora de nuestro
proyecto, ya que siempre nos brindo todo su apoyo para poder construir la
mquina, sin su colaboracin no hubisemos podido finalizar el proyecto.
A mi tutor Ing. Ana Chirinos, por aportar sus conocimientos y toda la ayuda
prestada durante la realizacin de este proyecto.
A mi compaero de tesis y amigo incondicional, por todo el esfuerzo y
dedicacin en tan anhelada meta.
Quiero extender un enorme sentimiento de gratitud hacia todas las personas
que contribuyeron de una u otra forma para la realizacin de este proyecto.
Adrian A. Carballo C.
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DEDICATORIAS
La realizacin de este proyecto es tan significativo e importante, que de tal
manera, marcara un antes y un despus en mi vida, por este motivo quierodedicrselo principalmente a mi Dios por darme la vida, salud y la fuerza
necesaria para lograr esta meta a pesar de muchas adversidades. A mis
padres por ser mis primeros profesores inculcndome lo bueno y el ejemplo a
seguir, ustedes son partes de esta meta para ustedes este logro. A toda mi
familia en general (hermanos, tios(a), abuelos, primos) por esta unidad que
tenemos. Por ultimo quiro dedicar este proyecto especialmente a mis dos
ngeles: Jhonnathan Castrillo y Eduardo Cuba para ustedes este logro,Dios los tenga en la santa gloria, sigan guiando mis pasos donde quieran que
estn.
Jhonny J. Pea D.
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DEDICATORIA
Hoy en da le dedico este proyecto de grado a DIOS TODOPODEROSO, quien
de una manera u otro me ha brindado todo el apoyo el propsito de alcanzaresta gran meta y con orgullo puedo decir que con la fe en Dios todo se puede.
Gracias por ensearme el valor del esfuerzo, la dedicacin, perseverancia, y
mantener el entusiasmo en la realizacin de este proyecto
por darme la oportunidad de cumplir con mi sueo de ser todo un INGENIERO.
A mis padres, Desiderio Carballo ySilene Cariel De Carballo, por brindarme
todo el apoyo, por sus consejos, su confianza, dedicacin y ser pilarfundamental en mi vida a lo largo de la carrera y este ttulo es en honor a
ustedes, LOS AMO.
A mis hermanos Desiderio yHender, por todo ese apoyo incondicional y mi
hermanaGeraldin, quien siempre ha estado ah preocupndose por m en
todo momento.
A mi novia, Ana Mercedes Clara, por apoyarme, por darme ese nimo de
seguir adelante, por ensearme a vencer cada obstculo y por estar siempre
conmigo en las buenas y malas, simplemente todo este logro es nuestro mi
bella. Te amo muchsimo.
A mi abuelo, Segundo Cariel, quien con sus sabios consejos me han guiado
por el buen camino.
A mis tos y tas por bridarme todo su apoyo y buenos deseos.
A mi madrina Rosa Rojas, por tenderme la mano cuando ms lo necesito,
porque siempre has estado pendiente de m en cada paso de mi carrera
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brindndome todo el apoyo y cada uno de esos consejos que me llenan de
aliento.
A mis amigos y amigas que de una forma u otra me brindaron todo el apoyo ycompartieron conmigo sus conocimientos a lo largo de la carrera, en especial
a Lesli Garcs y Mara Reyes, ya que con toda la colaboracin y sus
conocimientos forman parte de este proyecto.
A mi compaero de tesis, por la paciencia, por el apoyo y perseverancia en
todo este camino que da a da tuvo lleno de obstculos pero al fin lo logramos.
Dedico tambin este proyecto, a todos los profesores que contribuyeron a mi
formacin acadmica, de los cuales aprend adems de las ctedras
impartidas, valores, que seguro me sern de utilidad para enfrentar mi futura
vida profesional.
Adrian A. Carballo C.
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Pea Das, Jhonny Jos; Carballo, Adrian. CONSTRUCCIN DE UNAROLADORA DE TUBOS PARA EL TALLER INDUSTRIAL GARPIN C.A DEPUNTO FIJO, ESTADO FALCN.
. Trabajo especial de grado para optar alttulo de Ingeniero Mecnico. Universidad Nacional Experimental Francisco de
Miranda. Punto Fijo, Venezuela, 2014.
RESUMEN
Hoy en da existen una gama de procesos tecnolgicos en el rea defabricacin; surgiendo nuevos mecanismos, para mejorar la calidad delproducto como lo es el rolado de tubos. Ahora bien; empresas del estadopresentan una variedad de servicios relacionados a este proceso defabricacin, no obstante muchos de ellos recurren a terceros para satisfacersus subproductos; como es el caso del taller industrial GARPIN. Aconsecuencia de esto; nos conlleva a disear y construir un equipo, en el queel rolado de tubos sea de fcil mecanizacin, para as optimizar la producciny minimizar los costos asociados a la prestacin de servicios. Para llevar acabo lo anteriormente descrito; se planteo como objetivo principal la;Construccin de una Roladora de Tubos para el Taller Industrial GARPIN C.A.de la Pennsula de Paraguan Edo. Falcn. Para cumplir con dicho objetivo;se realiz un diseo conceptual de la mquina, en el cual se describi todo loreferente a los distintos tipos de roladoras existentes en el mercado; asmismo, se realiz un cuadro comparativo; con el que se seleccion la
alternativa ms factible. En este mismo orden de idas; se trabajo con un diseodetallado, en el que se realizaron los clculos pertinentes al diseo y seleccinde los distintos mecanismos que conforman la mquina. Posteriormente sellevo a cabo la fabricacin y ensamble de la roladora, as como elfuncionamiento de la misma. La maquina roladora de tubos tiene un costo defabricacin de 23.570
Descriptores: Roladora, tubos, diseo, mecanismos, mquina.
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Pea Das, Jhonny Jos; Carballo, Adrian. CONSTRUCTION OF A PIPEBending, INDUSTRIAL WORKSHOP OF GARPIN PUNTO FIJO, ESTADOFALCN.
. Degree thesis for the degree in Mechanical Engineering.Universidad Nacional Experimental Francisco de Miranda. Punto Fijo,
Venezuela, 2014.
ABSTRACT
Today there are a range of technological processes in the manufacturing area;emerging new mechanisms, to improve product quality such as the rolling oftubes. Now; state enterprises have a variety of related services thismanufacturing process, however many of them turn to others to meet their by-products; such as INDUSTRIAL OF WORKSHOP GARPIN C.A. Aconsequence of this; leads us to design and build a team, which is tube rolling-cutting, to optimize production and minimize the costs associated with servicedelivery.To conduct described above; wont be the main objective; Constructionof Tube Rolling machines INDUSTRIAL OF WORKSHOP GARPIN C.A ofPeninsula de Paraguan Edo. Falcn. To fulfill this objective; a conceptualdesign the machine in which everything about the different types on the marketroladoras described was performed; Likewise, a comparative table was held;with the more feasible alternative is selected. In this gone by; is working with adetailed design, in which the relevant calculations to design and selection ofthe various mechanisms that make the machine were performed. Then I just
took to manufacture and assembly roladora and the operation thereof. ThePipe Bending machine has a manufacturing cost of 23.570
Descriptors: Rolling machines, tubes, design, mechanisms, machine.
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NDICE GENERAL
PP.
AGRADECIMIENTOSiii
DEDICATORIASvii
RESUMEN......xi
ABSTRACT....xii
LISTA DE FIGURAS...xvii
LISTA DE TABLAS...xx
LISTA DE APENDICES..xxi
LISTA DE ANEXOS...xxiii
INTRODUCCIN....1
CAPITULO I. DISEO CONCEPTUAL DE LA ROLADORA DE TUBOS
1.1 Caracterizacin del proceso de rolado.5
1.2 Partes bsicas de una roladora de tubos.5
1.2.1. Palanca.61.2.2. Eje de rotacin.6
1.2.3. Motor..6
1.3 Caracterizacin de las opciones existentes en el mercado..7
1.3.1. Roladora asimtrica7
1.3.2. Dobladora de tubos manual..8
1.3.3. Roladora de tubos MC 2009
1.4 Consideraciones de diseo..10
1.4.1. Tamao y peso..10
1.4.2. Mantenimiento11
1.4.3. Sistema de accionamiento...11
1.4.4. Seguridad12
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1.4.5. Adquisicin de equipos y materiales para la construccin.12
1.5Alternativas de diseo...12
1.5.1. Alternativa 113
1.5.2. Alternativa 215 1.5.3. Alternativa 318
1.6 Seleccin de la alternativa de diseo.20
1.7 Descripcin de la alternativa de diseo22
1.7.1. Estructura22
1.7.2 Sistema de transmisin.23
1.7.3. Sistema de accionamiento..23
1.7.4. Rodillo de rolado...23CAPITULO II. DISEO DETALLADO
2.1 Determinacin de la fuerza para el doblado de los tubos...24
2.1.1. Dimetro mximo del tubo...24
2.1.2. Distancia entre centro de los rodillos inferiores25
2.1.3. Limite de fluencia..25
2.1.4. Momento de inercia del tubo...25
2.1.5. Momento flector necesario para deformar los tubos...25
2.1.6. Fuerza necesaria para el doblado de los tubos26
2.1.7. Reaccin generada en los rodillos inferiores26
2.2 Determinacin de la potencia requerida para el rolado...27
2.2.1. Fuerza normal ejercida por cada rodillo inferior...27
2.2.2. coeficiente de rose esttico.27
2.2.3. Fuerza de friccin esttica...27
2.2.4. Dimetro de los rodillos....28
2.2.5. Torque generado en el rodillo.282.2.6. Velocidad de rotacin de los rodillos..28
2.2.7. Potencia requerida por cada rodillo28
2.2.8. Potencia total requerida29
2.3 Seleccin del motoreductor..29
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2.4 Seleccin del sistema de cadenas..30
2.4.1. Parmetros para la seleccin de la cadena mediante el software31
2.4.2. Resultados obtenidos mediante el software.32
2.4.3. Longitud de la cadena..342.4.4. Longitud de la cadena por paso..35
2.4.5. Torque de la rueda35
2.4.6. Fuerza de la cadena.35
2.5 Diseo de los ejes.36
2.5.1. Diseo del eje del rodillo superior..36
2.5.2. Diseo de la cua para los rodillos....48
2.6 Diseo del tornillo de potencia.502.6.1. Diseo del pasador de unin entre el tornillo55
2.7 Diseo de los rodillos56
2.8 Diseo de la estructura de la maquina...60
2.8.1. Diseo de los tramos A60
2.8.2. Diseo de los tramos B69
2.8.3. Diseo de los tramos C77
2.8.4. Diseo de los tramos D83
CAPITULO III. FABRICACIN Y ENSAMBLE DE LA ROLADORA DE
TUBOS
3.1 Fabricacin de la estructura de la roladora...87
3.2 Fabricacin de alojamientos para los rodamientos y su ensamble en la
estructura ..89
3.3 Fabricacin y ensamble de los ejes91
3.4 Fabricacin y montaje de los portabocn...92
3.5 Fabricacin y acoplamiento de los tornillos de potencia.933.6 Fabricacin de los rodillos roladores..94
3.7 Fabricacin y montaje de la cuas.95
CAPITULO IV. EVALUACIN DEL FUNCIONAMIENTO DE LA MQUINA
4.1 Evaluacin del funcionamiento de la maquina..97
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xvi
4.2 Evaluacin detallada de los componentes de la mquina..98
4.3 Procedimientos y recomendaciones para la puesta en marcha de la
roladora101
CAPITULO V. DETERMINACIN DE COSTOS ASOCIADOS A LACONSTRUCCIN
5.1 Determinacin de costos102
5.1.1 Costos de materiales y accesorios103
5.1.2. Costos de equipos alquilados...104
1.5.3. Costos de equipos adquiridos...104
5.1.4. Costo de mano de obra..105
5.1.5. Costo de ingeniera.1065.1.6. Costo total de la mquina..106
5.1.7. Costos de construccin..107
CONCLUSIONES..110
RECOMENDACIONES.111
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS112
APENDICES (A).114
APENDICES (B).137
ANEXOS..147
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LISTA DE FIGURAS
PP.
1. Roladora Asimtrica08
2. Dobladora de Tubos manual.....093. Roladora de Tubos MC 200...10
4. Roladora Manual (Vista Frontal)...14
5. Roladora Manual (Vista de Planta)...14
6. Roladora Semiautomatica con Transmisin de Engrane (Vista Frontal)16
7. Roladora Semiautomatica con Transmisin de Engrane (Vista de
Planta)16
8. RoladoraSemiautomatica con Transmisin de Engrane (Vista deLateral)... 17
9. Roladora Semiautomatica con transmisin de cadena (Vista Frontal)...19
10. Roladora Semiautomatica con transmisin de cadena (Vista Lateral).19
11. Diagrama de cuerpo libre en el tubo..26
12. Sistema de cadenas y catarinas.30
13. Datos de entrada para la seleccin33
14. Resultados de la Seleccin.....33
15. Distribucin de los piones de cadena..34
16. Resultados de la medicin de longitud de la cadena.35
17. Esquema del sistema de rolado..36
18. Diagrama general de fuerza del eje del rodillo superior.....36
19. Diagrama de carga del eje en el plano XY37
20. Diagrama de fuerza cortante del eje en el plano XY...38
21. Diagrama de momento del eje en el plano XY.38
22. Diagrama de carga del eje en el plano XZ3923. Diagrama de fuerza cortante del rodillo en el plano XZ..40
24. Diagrama de momento del eje en el plano XZ.41
25. Diagrama de torque del eje superior..42
26. Esquema del eje y sus elementos.43
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27. Rodamiento de bolas de una hilera SKF modelo 6407..45
28. Perfil del eje47
29. Tornillo de potencia y rodillo superior....50
30. Unin entre el soporte deslizante y el tornillo de potencia.....5531. Disposicin de los rodillos en el cilindro rotativo..57
32. Ubicacin del ancho de contacto en los rodillos..58
33. Estructura de la mquina...60
34. Tramo A......61
35. Diagrama de carga del tramo A..61
36. Diagrama de fuerza cortante del tramo A.....62
37. Diagrama de momento flector del tramo A6238. Perfil del tramo A...63
39. Unin del tramo A..65
40. rea de la soldadura del soporte doble.68
41. Perfil de la soldadura...68
42. Tramo B......70
43. Diagrama de carga del tramo B..71
44. Diagrama de fuerza cortante del tramo B.....71
45. Diagrama de momento flector del tramo B72
46. Perfil del Tramo B..72
47. rea de la soldadura del tramo B...75
48. Perfil de la soldadura...75
49. Tramo C..77
50. Diagrama de carga del tramo longitudinal B.78
51. Diagrama de fuerza cortante del tramo C.....79
52. Diagrama de momento flector del tramo C...7953. Perfil del Tramo C.....80
54. rea de la soldadura del tramo C...82
55. Perfil de la soldadura...82
56. Perfil del Tramo D.....84
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57. Curvadora de tubos manual..108
58. Maquina CNC de tubo manual..108
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LISTA DE TABLAS
PP.
1.Seleccin de las alternativas de diseo...21
2. Especificaciones del motorreductor..29 3. Evaluacin del desempeo de los componentes que predominan en la
roladora100
4. Costos de materiales y accesorios103
5.Costos de Equipos Alquilados.104
6.Costos de Equipos Adquiridos.105
7.Costos de Mano de Obra105
8.Costos de Ingeniera.1069. Costos de la Mquina107
10. Costos reales de construccin..107
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LISTA DE APNDICE
PP.
1-A. Eje 1.1152-A. Eje 2.116
3-A. Rodillos Roladores....117
4-A. Tornillo de potencia 1118
5-A. Tornillo de potencia 2119
6-A.Alojamiento de rodamiento fijo....120
7-A.Alojamiento de rodamiento deslizante...121
8-A. Tubo cuadrado 11229-A. Tubos cuadrados.................123
10-A. Gua...124
11-A. Lamina......125
12-A. Superficie de tubos cuadrado...126
13-A. Portabocin.127
14-A. Tuerca del tornillo de potencia 1...128
15-A. Tuerca del tornillo de potencia 2...129
16-A.Rodillo doclador...130
17-A.Porta rodillo..131
18-A.Estructura.....132
19-A. Detalle de estructura...133
20-A.Mecanismo rolador..134
21-A.Mecanismo de predoblado.135
22-A.Mquina roladora de tubos136
1-B. Corte de los tubos para la estructura a un ngulo de 45..1382-B.Fijando los 4 tubos con la escuadra de 90 que sujetara la base de la
maquina...138
3-B. Proceso de desprendiendo del exceso del material con el esmeril..139
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4-B. Estructura final donde reposaran los elementos y equipos de la
maquina...139
5-B. Planchas cuadradas para la fabricacin de los alojamientos de (100 x 100)
mm..1406-B. Limpieza de las caras de los alojamientos en las fresadoras140
7-B. Uno de los dos alojamientos con el canal de la gua ya mecanizado por la
fresadora.141
8-B. Corte de las barras 4340 para los ejes..141
9-B. Proceso de fabricacin de los ejes.142
10-B. Mecanizacin del canal para la cua...142
11-B. Realizacin de las roscas en el eje..14312-B. Montaje de los ejes y alojamientos..143
13-B. planchas de acero SAE 1040 para las fabricaciones de los rodillos
roladores..144
14-B. Mecanizacin de los rodillos roladores144
15-B.Acabado final del rodillo.145
16-B. Estructura pintada...145
17-B. Evaluacin de la mquina con tubo de acero al carbono A1761de
dimetro y 2 mm de espesor146
18-B Evaluacin de la mquina con tubo de acero al carbono A1761de
dimetro y 2 mm de espesor146
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LISTA DE ANEXOS
PP.
A-1. Propiedades mecnicas de los aceros de elementos estructurales.149A-2. Propiedades y caractersticas de tubos redondos...150
A-3. Tabla A9 cortante, momento y deflexin en vigas...151
A-4. Coeficiente de friccin para algunas combinaciones de materiales.152
A-5. Motorreductores de engranajes de sin fin.153
A-6. Piones ANSI doble..154
A-7. Propiedades mecnicas de los aceros al carbono..155
A-8. Factores de clculos de rodamientos de bolas156A-9. Rodamiento de bolas de una hilera 6007..157
A-10. Propiedades fsicas de algunos materiales de ingeniera158
A-11. Propiedades mecnicas de los aceros al carbono159
A-12. Dimensiones de cuas cuadradas y rectangulares...160
A-13. Dimensiones principales de las roscas para tornillos standard...161
A-14. Coeficientes de friccin para tornillos de potencia.162
A-15.Especificaciones SAE para pernos de acero..163
A-16.Especificaciones y resistencias mtricas para pernos de acero.164
A-17.Dimensiones principales de las roscas para tornillos mtricos ISO165
A-18.Propiedades a torsin de uniones de soldaduras de filetes.166
A-19.Propiedades mnimas del metal soldante167
A-20.Propiedades mecnicas de los aceros de elementos estructurales...168
A-21.Tabla A9 cortante, momento y deflexin en vigas.169
A-22.Tabla A9 cortante, momento y deflexin en vigas.170
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INTRODUCCION
Hoy en da existen una gama de procesos tecnolgicos en el rea de
fabricacin; los cuales estn encargados de conseguir una mejora sustancialen el sector industrial. Esto constituye una opcin econmica, confiable y
productiva en el manejo de la mecanizacin de los elementos mecnicos, as
como en la creacin de figuras geomtricas y tcnica de troquelado. Entre los
mtodos de fabricacin se encuentran los procesos de desprendimiento de
virutas por medio del torneado, fresado, limado, taladrado entre otros. Todos
estos mecanismos tienen como finalidad darle tanto forma como tamao a
cada pieza que se mecaniza dentro del taller; de igual modo ajustar cadaelemento a los parmetros necesarios que garanticen las normas de seguridad
y confiabilidad durante su vida til.
En este mismo sentido, han surgido nuevos mecanismo de fabricacin para
mejorar la calidad del producto como lo es el rolado de tubos; cuyo
procedimiento radica en doblar tubos metlicos mediante fuerza mecnica o
hidrulica hasta lograr el radio requerido sin necesidad de someter el material
a elevadas temperaturas. Desde hace dcadas se implement la inclusin de
este mtodo con el fin obtener la forma curva de tubos, platinas y vigas que
son aportes para la construccin de infinidades de elementos de
almacenamiento, obras civiles, partes de maquinaria, vehculos, tanques
petroleros, de agua, calderas, intercambiadores de calor, entre muchas otras
aplicaciones que se pueden obtener mediante este proceso de fabricacin.
Es menester, que empresas del estado presentan una variedad de serviciosrelacionados a estos procesos de fabricacin; no obstante muchos de ellos
dependen de la importacin de nuevos dispositivos, prestacin de servicios a
terceros para satisfacer sus subproductos. Por tal motivo empresas como
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TALLER INDUSTRIAL GARPIN C.A, no escapa a la realidad frente a los
problemas de adquisicin de divisas para obtener nuevos equipos.
Por consiguiente; se tom como consideracin la necesidad de disear yfabricar sus dispositivos para poder satisfacer los procedimiento en la
obtencin de productos terminados, por lo cual este taller busca posicionarse
e igualmente expandirse en el mercado llegando a ser lder entre las empresas
competitivas del estado; prestando un nuevo servicio como lo es el rolado,
debido a que los equipos con los que cuenta la empresa no satisfacen los
requerimiento del cliente y el buen acabado del producto que se desea
obtener. Como su nombre lo indica; el rolado es un procedimiento para curvaro enrollar tubos metlicos en forma de crculo o espiral mediante una fuerza
mecnica o hidrulica, hasta lograr la forma o el radio requerido sin necesidad
de someterlo a elevadas temperaturas.
Por todo lo anteriormente expuesto; surge la iniciativa de construir una
roladora de tubos que pueda reducir los procedimientos en las actividades, los
tiempos de mecanizacin de los materiales; con la finalidad de minimizar las
horas hombre, disminuir los costos asociados a la mecanizacin y as entregar
el producto final justo a tiempo. Por lo tanto se busca que la misma empresa
pueda cubrir sus necesidades con la autogestin de los procesos sin tener que
acudir a la mano de obra especializada de otros talleres.
A partir de lo antes mencionado, se defini como objetivo general: Construir
una Roladora de Tubos para el Taller Industrial Garpn C.A de Punto Fijo Edo.
Falcn. Para cumplir con este requerimiento se plantearon los siguientesobjetivos especficos:
1. Caracterizar las mquinas existentes en el mercado.
2. Elaborar el diseo conceptual de la roladora.
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3. Desarrollar el diseo detallado de la roladora.
4. Ejecutar el proceso de fabricacin y ensamble de la roladora.
5. Evaluar el funcionamiento de la roladora.
6. Determinar los costos asociados a la construccin.
La construccin de este equipo contribuir a consolidar el desarrollo
tecnolgico para que los procesos de fabricacin mejoren econmicamente los
niveles de produccin del TALLER INDUSTRIAL GARPIN C.A. Por otra parte
permitir que la manufactura del taller alcance altos ndices de rendimiento con
una mayor rentabilidad y menor tiempo posible, reduciendo as los costos de
operacin, como por ejemplo: Mano de obra especializada, transporte,impuestos entre otros factores que incrementan los costos y disminuyen los
ingresos de la empresa. As mismo; implementar conocimientos de ingeniera
y diseo para la capacitacin del personal de ingenieros, tcnicos y pasantes
que impulsan el avance de esta empresa, de igual manera la indagacin de
nuevas ideas que sustenten las especificaciones de la mquina.
El presente trabajo de grado, se desarroll bajo la estructura de cinco (05)
Captulos, en los que se distribuy la investigacin de la siguiente manera:
CAPTULO I Diseo Conceptual de la Roladora:Aqu se describe toda lo
referente a las distintos tipos de roladoras existentes en el mercado y el
anlisis detallado de las partes ms importantes que la conforman. Aunado a
esto se formularon criterios en funcin de las caractersticas de las opciones
existentes en el mercado, de esta forma conceptualizar las diferentes opciones
las cuales fueron evaluadas en un cuadro comparativo seleccionando laalternativa ms factible.
CAPTULO II Diseo Detallado: En ste captulo se realizaron los clculos
pertinentes al diseo y seleccin de los diferentes mecanismos que conforman
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la maquina roladora de tubos; tomando como consideracin el material y las
dimensiones de tubos redondos estructurales y comerciales; con medidas que
oscilan entre 0,5 y 3 pulgadas de dimetro y un espesor de 2mm.
CAPTULO III Fabricacin y Ensamble de la Roladora de Tubos: En el
presente captulo se detallan los procedimientos utilizados para la
mecanizacin y fabricacin de los diferentes elementos que conforman la
mquina; as como tambin el ensamble general de todos sus componentes,
para as obtener en su totalidad la roladora de tubos.
CAPTULO IV Evaluacin del Funcionamiento de la Maquina: Sedescribe la evaluacin del funcionamiento de la maquina con la finalidad de
que los resultados obtenidos en dicha evaluacin sean favorables en su
operacin
CAPITULO V Determinacin de Costos Asociados a la Construccin:
En este captulo se reflejan los anlisis de costos asociados con la
construccin de la mquina roladora.
Finalmente se incorporan las referencias bibliogrficas, apndices y anexos.
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CAPITULO I
DISEO CONCEPTUAL DE LA ROLADORA DE TUBOS
1.1 Caracterizacin del proceso de rolado de tubos
Arango G. [En Lnea 15 de marzo del 2014] El rolado de tubos; como sunombre lo indica es un proceso que consiste en curvar o enrollar tubos
metlicos simplemente mediante fuerza mecnica o hidrulica, hastalograr el radio o curva requerida, esto sin necesidad de someter elmaterial a elevadas temperaturas. Desde hace dcadas, este mtodo habrindado aportes para obras civiles, vehculos y partes de maquinaraentre los cuales se destacan: intercambiadores de calor, canalizaciones,vas para automotores, estructuras arquitectnicas, centraleshidroelctricas, aviones, mquinas de gimnasio y otros equipos paraobras civiles.
1.2 Partes bsicas de una roladora de tubos
Wilches J. [En Linea 1 de Marzo del 2014]. La simplicidad de la roladorade tubos, independientemente de su grado de automatizacin ytecnologa, est basada en el papel y funcionamiento de sus tres partesbsicas: Palanca, eje de rotacin y motor. Sin embargo; aunque lamquina tiene otras partes relevantes, es necesario recalcar que sus trescomponentes bsicos nunca varan sin importar la tecnologa de lamquina. A continuacin se explicaran de forma detallada loscomponentes bsicos de la roladora de tubos.
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1.2.1 Palanca:
Funciona partiendo de un principio bsico de la fsica. Es decir; una barra recta,
angular o curva que se apoya sobre un punto especfico y transmite una fuerza.Para ser ms puntual; la fsica plantea tres tipos de palancas que varan de
acuerdo a la posicin de tres puntos: apoyo, resistencia y potencia. En el caso
de la dobladora de tubos, la palanca funciona como el punto de apoyo que a
su vez, trabaja con un eje de rotacin (resistencia) conducido por un motor
(potencia). El objetivo de la palanca es determinar el giro y ngulo de rotacin
indicado (manual o automticamente) que impulsado por el motor, activa el eje
de rotacin; lo que en teora es la aplicacin de las palancas de tercer gnero.Es decir; la potencia se encuentra entre el punto de apoyo y la resistencia.
1.2.2 Eje de Rotacin:
Tiene como funcin transmitir o trasladar la fuerza para el doblado del tubo.
Su tamao depende de la pieza y del nivel de rotacin pues no es lo mismo
curvar un tubo para una cama a 90, que doblarlo en tres direcciones distintas
para armar una mquina de gimnasio. Ya que en el primer caso, basta con un
eje pequeo por la facilidad del doblado; mientras que en el segundo se
requiere un eje con un dimetro ancho y potente que tenga la capacidad de
curvar el tubo sin deformarlo.
1.2.3 Motor:
El eje de rotacin y la palanca no son suficientes para vencer la rigidez de untubo; por tal razn el motor es el mecanismo que produce la fuerza encargada
de vencer esa resistencia. Al igual que el eje de rotacin; la fuerza del motor
vara de acuerdo al tamao del eje de rotacin y de las caractersticas del tubo.
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1.3 Caracterizacin de las opciones existente en el mercado
A continuacin se presentaran tres opciones existentes de Roladoras que se
encuentran en el mercado; donde se obtendr la informacin y capacitacinnecesaria sobre su sistema de funcionamiento u accionamiento, descripciones
del equipo, caractersticas tcnicas, argumentos relevantes como:
dimensiones del equipo, peso, recomendaciones, entre otros. Con la finalidad
de plantear alternativas que no escapen de la realidad para la seleccin y
construccin; y su vez cumplan con los parmetros de diseo.
1.3.1 Roladora Asimtrica:
Arango G. [En Lnea 15 de marzo del 2014]. Su concepto se basa en tresrodillos: uno superior, otro inferior debajo del superior y un tercero lateral.Este modelo de roladoras se usa para trabajos livianos; su tamaoestndar es para laminas hasta de 2 metros de ancho y espesores queno superan los 6 mm. Las asimtricas realizan la sujecin de la lminaentre el rodillo superior y el inferior, por lo que la lmina queda prensadaentre ellos mediante fuerza hidrulica o mecnica y es conducida por elgiro motorizado del superior; una vez la chapa pasa por encima del rodillolateral; este sube generando presin que curva la lmina hasta lograr elradio buscado o el cilindrado obteniendo un tubo. Se llega a esteresultado en varias pasadas, es decir; en recorrer la totalidad de lachapa en ambos sentidos e incrementando la presin del rodillo lateral alfinal de cada recorrido.
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Figura N 1. Roladora asimtrica
Fuente:http://www.metalactual.com
1.3.2 Dobladora de tubos manual:
Autor Desconocido. [En Lnea 10 de Abril del 2014]. Es un equipo prcticode fcil funcionamiento con un accionamiento mecnico por medio deuna palanca (manivela). Esta dobladora puede realizar curvas simples ymltiples con rangos de 1 a 180, su peso no excede de los 34 kg (75lb).Sus dimensiones son las siguientes: ancho 53 cm (21 pulg.), profundidad
28 cm (11 pulg.), altura 37 cm (14,5 pulg.) la misma cuenta con una ruedaselectora de grado en la parte inferior la cual se puede ajustar, mostrandoel ngulo de doblado de la maquina con precisin.
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Figura N 2. Dobladora de tubos manual
Fuente:http://www.swagelok.com.mx
1.3.3 Roladora de Tubos MC 200:
Autor Desconocido. [En Lnea 20 del Abril del 2014]. Es una mquinadiseada para curvar perfiles, tubos, ts, ngulos entre otros; en variostipos de materiales y dimensiones. Se suministra con la curvadora, un
juego de utillajes; con lo que podr efectuar curvados de perfiles. Noobstante el fabricante le puede suministrar cualquier tipo de rodillos para
efectuar otro tipo de curvados en tubos, as como rodillos de delrin paraevitar daar o rayar los trabajos en acero inoxidable o aluminio. El ruidoes casi nulo en el rgimen de trabajo, al igual que la vibracin; ya que lavelocidad de rotacin de los rodillos es de 14rpm. La mquina vaequipada con un motor de 1.1 KW de potencia y del reductor quetransmite la rotacin a los dos ejes a travs de coronas dentadas. Estosson de acero templado y rectificado de 40 mm de dimetro. La estructurade la mquina est fabricada en chapa de acero soldado y mecanizado,portando una estructura slida y robusta a la mquina.
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Figura N 3.Roladora de Tubos MC 200
Fuente:http://www.nargesa.com
1.4 Consideraciones de diseo
Precisando de una vez; las consideraciones del diseo se establecieron de
acuerdo al requerimiento de la empresa GARPIN C.A; el cual influye en el
diseo y construccin de la mquina, de esta manera se tienen ciertosaspectos fundamentales que deben considerarse. Entre ellos estn: tamao,
mantenimiento, sistema de accionamiento, seguridad, fcil acceso de equipos
y materiales para la construccin de la mquina roladora de tubos.
1.4.1 Tamao y peso:
Cabe agregar que el tamao y el peso son aspectos fundamentales en el
diseo; ya que se pretende que el trabajo sea fcil y ergonmico al momento
de manipular la mquina. Resulta oportuno mencionar que se harn curvas y
esprales de radios considerablemente grandes; tomando en cuenta estas
observaciones, la altura de la misma tendr un tamao promedio a las que ya
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existen en el mercado; con un poco ms de 1300 mm y un ancho de 750 mm.
Por otra parte se requiere que en conjunto sea lo ms liviano posible para
trasladarla de un lugar a otro, ya que el equipo necesita operar en diferentes
ambientes de trabajo.
1.4.2 Mantenimiento:
El mantenimiento del equipo tendr que ser riguroso en determinados periodos
para alargar la vida til de la misma. En teora; se debe utilizar la mquina de
la forma ms eficiente posible, con la finalidad de mejorar la productividad de
la empresa; donde el personal tcnico sea quien realice las labores demanutencin que consiste en: conservar la estructura en buen estado, cambiar
los rodamientos y mantener lubricado el sistema de transmisin; por lo tanto
es necesario que sea fcil su mantenimiento y de bajo costo los repuestos que
necesiten ser cambiados peridicamente sin necesidad de especialistas
1.4.3 Sistema de Accionamiento:
Entre las consideraciones ms importantes que demanda la empresa para el
diseo de la mquina, es que la misma sea de fcil accionamiento donde no
produzca desgaste fsico por parte del operador. De tal manera; se propuso
que el equipo sea accionado por medio de un motor elctrico, el cual se
encargar de transmitir potencia a los sistemas de transmisin (cadenas);
donde este disminuir la velocidad de salida del motor aumentando la potencia
de la misma y as imponerse a la resistencia que opone el tubo a la
deformacin.
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1.4.4 Seguridad:
En los diseos de maquinarias y equipos, es responsabilidad del diseador lo
que suceda con la misma; razn por la cual se ajustaron factores de seguridadadecuados que garanticen el funcionamiento seguro y correcto de la roladora.
Adems de ser de suma importancia debido a que los operadores estarn
vulnerables a cualquier falla o desperfecto del sistema. As mismo; se deben
garantizar que los fenmenos visualizados en el proceso se apeguen a lo
descrito tericamente y a las normas de fabricacin, obteniendo resultados
confiables.
1.4.5 Adquisicin de Equipos y Materiales para la Construccin:
La adquisicin de equipos y materiales son factor determinante en el diseo;
de esto depende la calidad y vida til del sistema. Por lo tanto; se requiere que
los materiales sean de fcil adquisicin, resistentes, econmicos y duraderos
con la finalidad de conseguir una reduccin de costos; de esta forma lograr
una mejora sustancial en la obtencin de materiales para la mecanizacin de
los de elementos que conformar la mquina. Debido a esto; es importante
destacar que todos los materiales se encuentren en el mercado regional y
nacional, donde su disponibilidad es inmediata para evitar algn tipo de retraso
en la realizacin de este proyecto, lo que har al diseo una opcin factible
para su construccin.
1.5 Alternativas de diseo
A continuacin se plantean tres alternativas de diseo que cumplen con los
parmetros necesarios para su diseo y construccin, con la finalidad de
evaluar cada una de ellas; as, de esta forma seleccionar la ms indicada de
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acuerdo a las exigencias de la empresa, tomando en cuenta algunas
consideraciones de diseo anteriormente mencionadas.
1.5.1 Alternativa 1:
Esta alternativa se basa en un sistema manual, conformada por una palanca
y un eje de rotacin. La mquina responde en primer momento a la demanda
bsica de cualquier taller o pequea industria en la que su produccin sea
baja; ya que la fuerza y potencia necesaria para rolar el tubo ser generado
por el operador. La mquina estar compuesta por una estructura metlica en
forma de mesa, dado que servir como base para el montaje de todos loscomponentes del diseo. Entre los mecanismos que conformaran el equipo
estn: tres rodillos soportados en una plancha de hierro de forma vertical con
configuracin triangular; donde el superior se mantendr fijo, ser accionado
a travs de un sistema mecnico que le proveer fuerza y sentido de rotacin
por medio de una palanca; mientras que los inferiores sern mviles. Cada
uno se desplazar de manera independiente por medio de unas correderas
horizontales siendo ajustados con tornillos de sujecin que le dar el ajuste
necesario de acuerdo al dimetro de la tubera y el radio de curvatura que sea
requerido.
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Figura N 4.Roladora Manual (Vista Frontal)
Fuente:propia
Figura N 5.Roladora Manual (Vista de Planta)
Fuente:propia
Ventajas Desventajas
Es de fcil funcionamiento ya
que no requiere de algn tipo
Se debe realizar un pre-
curvado al material que el
Palanca deaccionamiento
Correderas de los rodillosinferiores
Rodillo impulsor por mediode la palanca deaccionamiento
Rodillosinferiores
Plancha de acero
Rodillo superiorimpulsado
Tornillo desujecin
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de adiestramiento para operar
la mquina
Es una mquina de
accionamiento manual por lo
que no se requiere de energa
elctrica para su
funcionamiento
mismo este en contacto con
los 3 rodillos a la hora de
accionar la palanca
El tubo que se desea doblar
tendr que ser considerado
por ser un sistema mecnico
ya que el operador se
esforzara ms a medida que
aumenta el espesor
El proceso es lento, por lo que
disminuye la produccin yrequiere ms horas hombres
para realizar el trabajo
1.5.2 Alternativa 2:
La segunda alternativa estar basada en un sistema semiautomtico con tres
rodillos; dos mviles y uno fijo, uno en la parte superior y dos en la parte
inferior, el rodillo superior ser impulsado por medio de un motor elctrico de
modo que le dar sentido de giro a la derecha y a la izquierda el cual estarn
alternados en forma de tringulo. Para regular el radio de curvado, los rodillos
inferiores podrn ser ajustados y trasladarse por medio de correderas
verticales, el cual podrn moverse hacia arriba y hacia abajo
independientemente con la ayuda de un tornillo sin fin. El rodillo superior es el
que estar acoplado por medio de un eje con un engrane, el cual ser
engranado con el pin del reductor en la que podr girar una velocidad menor
a la que genera el motor elctrico, para esto el motor estar conectado a una
caja de reduccin de velocidad con el fin de disminuir la velocidad de entrada.
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Figura N 6.Roladora Semiautomatica con Transmisin de Engrane
(Vista Frontal)
Fuente:propia
Figura N 7. Roladora Semiautomatica con Transmisin de Engrane
(Vista de Planta)
Fuente:propia
Correderas de losrodillos inferiores
Rodillo impulsado
Rodillosinferiores
Motor elctrico
Volantes para losdesplazamientos de los rodillos
inferiores
Cajareductora
Plancha deacero
Rodillosuperiorimpulsado
Motorelctric
o
Engrane
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Figura N 8.Roladora Semiautomatica con Transmisin de Engrane
(Vista de Lateral)Fuente:propia
Ventajas Desventajas
Sera de fcil operacin por ser
un sistema semiautomtico.
No requiere de un
mantenimiento sofisticado.
Por contar con un sistema de
transmisin de engrane el
diseo de la maquina ser
ms compacto.
Todos los elementos de la
mquina son de alto costos
de fabricacin como por
ejemplo la caja de reduccin,
motor elctrico y fabricacin
de engranes
El equipo solo puede operar
en ambientes donde se
cuente con energa elctrica o
plantas elctricas.
Ya que los inferiores se
trasladan independiente, ser
complejo calibrar ambos a
una medida exacta para
Engrane
Pin
Tornillo dedeslizamiento
Caja reductora
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1.5.3 Alternativa 3:
Tenemos como tercera opcin; una mquina similar a la anterior en cuanto al
accionamiento; ya que ser semiautomtica. Con la diferencia, que ser por
medio de un motorreductor en conjunto con un sistema de transmisin de
cadena, encargada de transmitir la potencia y velocidad necesaria para vencer
la resistencia que opone el tubo a ser deformado, donde facilitar el trabajo al
operador y el procedimiento en la obtencin de productos terminados. Por lo
general estos equipos cuentan con un diseo estructural, especial para
soportar todos los elementos que lo conforman, de este modo realizar un
trabajo ergonmico, por esto se crea una estructura metlica resistente que
soporte todos los mecanismos del diseo como: motorreductor, ejes,
rodamientos, sistema de transmisin de cadena, rodillos roladores, tornillo
para trasladar el rodillo superior y deslizante, entre otros. De manera detallada,se fabricar una estructura soldada de tubos cuadrados, que servir como
base para el montaje de cada uno de los componentes del sistema.
Al mismo tiempo; en la parte frontal de la mquina se le adaptarn dos rodillos
alargados de forma cilndrica; uno de ellos para evitar el contacto del material
que se va a doblar con la mquina, y el segundo rodillo que se encargar de
descentrar un extremo del canalillo con respecto al otro, cuya funcin ser
darle forma de espiral al tubo al momento de salir del proceso de encorvado.
formar crculos sin margen de
error.
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Figura N 9.Roladora Semiautomatica con transmisin de cadena
(Vista Frontal)
Fuente:propia
Figura N 10.Roladora Semiautomatica con transmisin de cadena
(Vista Lateral)
Fuente:propia
Volante
Volante para el desplazamientodel rodillo superior
Motoreductor
Cadena
PinCorona Dentada
Ejes
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Ventajas Desventajas
Facilitar el trabajo del
operador ya que no genera
desgaste fsico.
De acuerdo a la configuracin
de los rodillos, podr doblar
tubos de diferentes dimetros,
dando forma tanto circular
como de espiral.
Su mantenimiento debe ser
constante para mantener el
sistema lubricado.
No requiere de un
mantenimiento riguroso.
Es un mtodo eficiente para
trasmitir potencia mecnica,
dado que los dientes de las
ruedas dentadas evitan que la
cadena se resbale.
Seguridad de funcionamiento
y larga duracin, soportandosobrecargas sin precisar ms
que una escasa vigilancia.
Pueden transmitir potencia
entre distancias grandes entre
centros.
1.6 Seleccin de la alternativa de diseo
Cabe destacar que las principales diferencias entre estas propuestas de
diseo, es su sistema de transmisin de potencia. Entre ellas tenemos:
sistema manual para la alternativa 1, semiautomtico con transmisin de
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engranes para la alternativa 2 y, semiautomtico con transmisin de cadena
para la alternativa 3. La seleccin de la misma se basar nicamente en las
consideraciones de diseo sugeridas por el cliente y la empresa, las cuales
explicaron con anterioridad, como lo son: Tamao, mantenimiento, sistema deaccionamiento, seguridad, adquisicin de equipos y materiales para la
construccin. Este anlisis se realiz con el fin de obtener estos parmetros
especficos y acordes con la realidad, debido a que el equipo ser construido
bajo las premisas antes descritas.
Por otra parte; la escala asignada a cada criterio de diseo para su respectiva
evaluacin va de un rango comprendido entre 1 y 5; donde la escala valorativase distribuy de la siguiente manera: Deficiente (1), Regular (2), Bueno (3),
Muy bueno (4) y Excelente (5). Cabe destacar que dichos criterios fueron
tomados bajo el juicio de la evaluacin de alternativas dictadas por el Robert
Mott. Vase tabla N1.
Tabla N 1.Seleccin de las alternativas de diseo
Deficiente =1 Regular = 2 Bueno = 3 Muy bueno = 4 Excelente = 5
Fuente:Propia
Factores aconsiderar
Alternativas
Sistemamanual
Sistema portransmisin de
engranes
Sistema portransmisin de
cadena
Tamao y peso 3 2 5Mantenimiento 3 4 4Sistema de Accionamiento 1 4 4Seguridad 5 3 4
Adquisicin de Equipos N/A 2 3Materiales para laconstruccin
5 3 4
Totales 17 18 24
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Ahora bien; tomando en cuenta el anlisis cuantitativo, las consideraciones,
ventajas y desventajas de cada una de las alternativas mencionadas con
anterioridad; las cuales fueron definidas para el diseo, se opt por seleccionar
el sistema por transmisin de cadena (alternativa # 3), ya que cumple con losrequerimientos ptimos que se han exigido; entre los que se destacan:
seguridad, mantenimiento y por ultimo; pero no menos importante el tamao y
peso de la mquina.
Es de importancia mencionar; que su mantenimiento no representa un costo
elevado pero si necesario para su operacin. Ya que se basa en limpiar los
elementos que lo conforman, mantener lubricado el sistema de transmisin,elementos rodantes, entre otros. Los materiales y equipos son ms accesibles
para esta alternativa, ya que se encuentran disponibles en el mercado regional
y nacional. La mayor parte de los mecanismos que conforman la mquina,
sern fabricados dentro del taller INGMETCA, reduciendo as los costos de
fabricacin.
1.7 Descripcin de la alternativa seleccionada
1.7.1 Estructura:
El montaje de los elementos y equipos que conforman la roladora estarn
situadas en un arreglo fabricado de tubos estructurales. Toda la mquina
estar compuesta por tubos de perfil cuadrado soldado, lo cual sern lo
suficientemente resistentes para soportar todos los componentes de la
mquina. Las dimensiones preliminares que tendr la estructura, oscila en unpromedio de 760mm de ancho por 65mm de profundidad y 1300m de alto.
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1.7.2 Sistema de transmisin:
El sistema de transmisin es el que va a aumentar el par motor del
motorreductor, este va a ser diseado de acuerdo al clculo del momentoflector necesario para que se pueda doblar el tubo; va estar formado por un
sistema de transmisin por cadena, el cual se encargar de transmitir potencia
a travs de sus coronas dentadas, aumentando el par final; para que de esta
forma pueda vencer la rigidez del material y lograr el curvado del tubo sin
mayor esfuerzo.
1.7.3 Sistema de accionamiento:
Este equipo contar con un sistema de accionamiento semiautomtico. Esto
facilitar la produccin logrando la satisfaccin del cliente; ya que tendr un
buen rendimiento en sus operaciones en cuanto al tiempo y procedimientos en
la obtencin de productos terminados. Este accionamiento se logra por medio
de un motor elctrico con reduccin de velocidad, encargado de transmitir la
potencia necesaria; facilitando el modo de operar el equipo sin generar
desgaste fsico.
1.7.4 Rodillo de rolado.
Estos son los que se encargan de albergar el tubo durante el proceso de
rolado, ajustndose a sus dimensiones. Los rodillos son los que transmiten la
carga, reciben la potencia y efectan el movimiento de rolado. Se puede decir
que; estos elementos tienen gran importancia en la mquina roladora, debidoa que es el encargado de realizar el doblado de tubos; durante el proceso de
mecanizado de la pieza.
-
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24
CAPITULO II
DISEO DETALLADO
En ste captulo se procede a realizar los clculos para el diseo y seleccin
de los diferentes componentes que conforman la mquina roladora de tubos,
tomando como base el material y las dimensiones de los tubos redondos
estructurales comerciales. De acuerdo a las exigencias de la empresa, la
mquina deber ser capaz de rolar tubos desde un intervalos de 0.5 a 3
pulgadas de dimetros con 2.25mm de espesor como mximo. Cabe destacar
que los clculos se harn en base al dimetro mximo con el espesor yamencionado, as de esta forma garantizar un buen funcionamiento en la
misma, de tal manera que cualquier otro dimetro que se encuentre dentro del
intervalo lo podr rolar sin ninguna dificultad.
2.1 Determinacin de la fuerza para el doblado de los tubos
La fuerza necesaria para el doblado de los tubos debe vencer el lmite de
fluencia del material, por dicha razn se realizaron los clculos en funcin del
dimetro mximo dentro del intervalo exigido por la empresa. Ahora bien; de
acuerdo al catlogo UNICON, el material de los tubos redondos son de acero
ASTM A500 con un (ver anexo 1), cuyo tamao mximo es de 3
pulgadas de dimetro y 2,25mm de espesor (ver anexo 2) de acuerdo a las
exigencia de la empresa.
2.1.1 Dimetro mximo del tubo:
MPaSy 228
mmpuD 2,76lg3
-
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25
2.1.2 Distancia entre centro de los rodillos inferiores:
Se consider una distancia intercentral de 500mm de longitud, con la finalidad
de que exista una separacin lo suficientemente necesaria entre cada uno delos rodillos; teniendo en cuenta el tamao de los tubos, para que as se puedan
rolar con la menor potencia posible.
2.1.3 Lmite de fluencia del tubo:
Para tubos redondos de acero ASTM A500 (ver anexo 1)
2.1.4 Momento de inercia del tubo:
Para un tubo de 3 pulgadas y 2,25mm (ver anexo 2)
2.1.5 Momento flector necesario para deformar los tubos:
Tanto el extremo inferior y superior del tubo
mmL 500
MPaSy 228
4473,33 cmI
2/DC
mNC
ISyM
mmC
109,2003
1,38
-
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26
2.1.6 Fuerza necesaria para el doblado de los tubos:
Considerando una viga doble apoyada en los extremos con carga puntual en
el centro por la tabla A9 (ver anexo 3).
Para que los tubos sean doblados requiere que el rodillo aplique una fuerza de
16,2 KN como mnimo, se consider determinar los parmetros restantes para
una fuerza mayor a la mnima requerida para asegurar que dicho tubo sea
deformado.
2.1.7 Reaccin generada en los rodillos inferiores:
Para una viga doble apoyada en los extremos con carga puntual en el centropor la tabla A9 (ver anexo 3).
kNPs
2,16
kNL
P 20,164
Figura N 11. Diagrama de cuerpo libre en el tubo
Fuente:Propia
PA PB
Ps
L
L/2
-
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27
2.2 Determinacin de la potencia requerida para el rolado
Los tubos sern desplazados por medio de los rodillos inferiores mediante
accionamiento mecnico, la potencia necesaria se encuentra definida por la
friccin existente entre el tubo y los rodillos, que forman parte de la mquina.
Resulta oportuno mencionar que; el material de los rodillos ser Acero; siendo
el mismo un material adecuado para evitar el desgaste en el tubo durante el
proceso de rolado.
2.2.1 Fuerza normal ejercida por cada rodillo inferior:
2.2.2 Coeficiente de roce esttico:
El coeficiente de rozamiento esttico fue tomado en consideracin a travs de
las tablas de coeficientes de friccin en algunas combinaciones de materiales
para aceros, sobre aceros. (Ver anexo N4)
23,0s
2.2.3 Fuerza de friccin esttica:
kNPFisrs
863,1
kNRR
kNP
R
AyBy
sAy
1,8
1,82
kNRP Ayi 1,8
-
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Dnde:
Pi: fuerza normal
Frs: fuerza de friccin esttica
2.2.4 Dimetro de los rodillos:
El dimetro de los rodillos fue asumido tomando en consideracin la distancia
intercentral de los rodillos inferiores
2.2.5 Torque generado en el rodillo:
mNFTrs
095,1212
2.2.6 Velocidad de rotacin de los rodillos:
La velocidad de rotacin debe ser muy lenta; esto con el propsito que eloperador pueda supervisar cuidadosamente el proceso de rolado. Resulta
oportuno mencionar que muchas maquinas roladoras del mercado giran a una
velocidad promedio de 14rpm, por lo que se consider asumir dicha velocidad
de rotacin para garantizar la confiabilidad al diseo.
2.2.7 Potencia requerida por cada rodillo:
hpTP 238,0
mm130
rpm14
-
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2.2.8 Potencia total requerida:
Al tratarse de 2 rodillos que desplazarn el tubo
hpPPtotal 476,02
2.3 Seleccin del motorreductor
La potencia requerida para impulsar los rodillos es de 0,476 hp. Se consider
seleccionar un motorreductor comercial con una potencia de operacin mayor
de la requerida para asegurar que el tubo sea desplazado sin problema. Las
caractersticas del motor se presentan a continuacin (ver tabla N 2 y anexo
N5):
Marca FLENDER
Potencia 0,75 hp
Voltaje 220 VModelo C38-M71MB4
Revoluciones de salida 59 rpm
Torque de salida 699lb-pulg
Relacin deTransmisin
28,72:1
Frecuencia 60HZ
Sentido de giro horario
Fuente: catalogo FLENDER MOTOX-N
Tabla N 2.Especificaciones del motorreductor
-
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2.4 Seleccin del sistema de cadenas
El sistema de cadena se encargar de reducir la velocidad proveniente del
motorreductor, hasta la velocidad requerida por los rodillos inferiores; es decir14rpm. Mediante el software de seleccin de cadenas Renold Sinergy fue
posible determinar la cadena adecuada solo con indicar la potencia que se
desea transmitir, los nmeros de dientes de los piones, las condiciones de
operacin, la velocidad del motor y el tipo de cadena.
2.4.1 Parmetros para la seleccin de la cadena mediante el software:
Velocidad de entrada:
La velocidad de entrada equivale a la velocidad de salida del motorreductor.
rpmwwent 59
Figura N12. Sistema de cadenas y catarinas
Fuente: Propia
-
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Potencia de salida del motorreductor:
De acuerdo las especificaciones motorreductor
Dnde:
T: torque de salida del motorreductor
w: velocidad de salida del motorreductor
Preal: potencia de salida real
Velocidad de salida requerida por el sistema:
Relacin de velocidad:
Determinacin del nmero de dientes del pin:
Por eleccin propia se asumi un nmero de dientes de N=11, del catlogo
productos de transmisin de potencia SKF (ver anexo N 6).
hpwTP
rpmw
pulbT
real 654,0
59
lg699
rpmwsal 14
237,0ent
sal
w
wRv
111 N
-
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Nmero de dientes de la rueda:
Del catlogo productos de transmisin de potencia SKF (ver anexo N 6) se
seleccion un nmero de dientes comercial mayor; cercano al determinado
para evitar que gire a una velocidad mayor a la requerida:
Relacin de velocidad real:
Es muy cercano a 0,237
Velocidad de salida real:
2.4.2 Resultados obtenidos mediante el software:
Luego de iterar en el software los distintos tipos de cadenas se determin que
la adecuada para transmitir la potencia del motor es cadena ANSI 60 de un
solo tramo. Los resultados de la seleccin se muestran a continuacin:
2
1
N
N
w
wRv
ent
sal
414,4612
Rv
NN
dientesN 482
229,02
1
N
NRv
real
rpmwRvw entrealrealsal 521,13.
-
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Se considera Medianamente Impulsiva por el nmero de rpm el cual est
sometido el sistema de transmisin por cadena.
Figura N 13. Datos de entrada para la seleccin
Fuente: Software Renold Synergy
Figura N14. Resultados de la Seleccin
Fuente: Software Renold Synergy
-
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Paso de la cadena:
Dimetro del pin:
Dimetro de la rueda:
Torque del Pin:
2.4.3 Longitud de la cadena:
Asumiendo una separacin adecuada para la ubicacin de los rodillos
mediante el software para diseo de dibujos en 2D y 3D Creo-Parametric 2.0
entonces se tiene
lg
4
3pup
lg662,2 puDpion
lg467,11 puDrueda
mNtlbTp 796,7819,58
Figura N 15. Distribucin de los piones de cadena
Fuente: Creo-Parametric 2.0
Coronas CadenaPin
-
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2.4.4 Longitud de la cadena por paso:
2.4.5 Torque de la rueda:
Como el pin transmitir a dos ruedas entonces
2.4.6 Fuerza de la cadena:
mmLcadena
65,2152
pasosp
LL cadena 113
mNw
PT
realsal
realr
312,1722
.
kND
TF
pion
p
c 336,22
Figura N 16: Resultados de la medicin de longitud de la cadena
Fuente:Creo-Parametric 2.0
-
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2.5 Diseo de los ejes
Los ejes son los elementos que guan el movimiento de rotacin de los rodillos
roladores. Dichos elementos se encuentran sometidos a flexin y torsintransmitidas por la rueda Catarina y los tubos en el momento de ser rolados.
2.5.1 Diseo del eje del rodillo superior
Se encuentra afectado torsin y flexin generada por la fuerza normal y la
fuerza de friccin del rodillo.
Fuerzas que actan en el rodillo en el plano XY:
Figura N 18. Diagrama general de fuerza del eje del rodillo superior
Fuente: Propia
Y
X
Z
Figura N17. Esquema del sistema de rolado
Fuente: Propia
EjeRodillos inferiores
Rodillosuperior
Catarina
RB
RA
Trod
Fr
PS
Ti
-
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Solo acta la fuerza normal del rodillo superior
Dnde:
PS: fuerza normal del rodillo
Reacciones en los apoyos:
kNmm
mmPR
mmRmmP
M
SBy
ByS
A
13,7125
55
012555
0
kNRPR
RRP
F
BySAy
ByAyS
33,23
0
0
Diagramas de fuerza cortante y momentos:
kNPS 2,16
Figura N 19. Diagrama de carga del eje en el plano XY
Fuente: Propia
+
RAy RBy
125mm55mm
PS
+
-
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Mediante las ecuaciones de singularidad e iterando a lo largo de la longitud del
eje para encontrar las fuerzas cortantes y momentos
Momentos Flectores:
Cuando x = 0mm
mNM y 01
mmxRmmxRmmxPM
mmxRmmxRmmxPV
mmxRmmxRmmxPq
ByAyS
ByAyS
ByAyS
180550
180550
180550
000
111
Fuerza en kN
Figura N 20. Diagrama de fuerza cortante del eje en el plano XY
Fuente: MDSolids
Figura N 21. Diagrama de momento del eje en el plano XY
Fuente: MDSolids
Momento en
Nm
-
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Cuando X=55mm
mNM y 8912
Cuando x = 117,5mm
mNM y 50,4453
Cuando X=180m
mNM y 04
Fuerzas que actan en el rodillo en el plano XZ:
Solo acta la fuerza de friccin del rodillo
Dnde:
Fr: fuerza de friccin del rodillo superior
Frs: fuerza de friccin de los rodillos inferiores
Reacciones en los apoyos:
6 kNFF rsr 72,32
Figura N 22. Diagrama de carga del eje en el plano XZFuente: Propia
Fr
RAz RBz
125mm55mm
-
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Diagramas de fuerza cortante y momentos:
Mediante las ecuaciones de singularidad e iterando a lo largo de la longitud del
rodillo para encontrar las fuerzas cortantes y momentos
kN
mm
mmFR
mmRmmF
M
r
Bz
Bzr
A
78,1125
55
012555
0
kNRFR
RRF
F
BzrAz
BzAzr
83,5
0
0
mmxRmmxRmmxFM
mmxRmmxRmmxFV
mmxRmmxRmmxFq
BzAzr
BzAzr
BzAzr
180550
180550
180550
000
111
Fuerza en kN
Figura N 23.Diagrama de fuerza cortante del rodillo en el plano XZ
Fuente: MDSolids
+
+
-
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Momentos Flectores:
Cuando x = 0mm
mNMz
01
Cuando X=70mm
mNMz
75,2222 Cuando x = 117,5mm
mNMz
38,1113
Cuando X=180mm
mNMz
04
Momentos flectores resultantes:
mNMMM zy 02
1
2
11
mNMMM zy 045,9602
2
2
22
mNMMMzy
5,4452
3
2
33
mNMMM zy 02
4
2
44
Momento en
Nm
Figura N 24. Diagrama de momento del eje en el plano XZ
Fuente: MDSolids
-
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Anlisis de torque en el eje superior:
Donde
Ti: resistencia que ofrece el eje
Trod: torque del rodillo
Por lo tanto el torque a lo largo del eje es:
Diagrama de torque:
Material seleccionado para el eje:
Se especifica una aleacin de Acero SAE 4340 templado y revenido a 800F
puesto que es un material lo suficientemente resistente para soportar las
cargas que actan en el mismo y sea lo menos voluminoso posible (Ver anexo
N 7). Sus propiedades son las siguientes:
0T
MPaSut 1469
MPaSy 1365
rod
rod
TT
TT
0
mT
19,242
Figura N 25. Diagrama de torque del eje superior
Fuente: Propia
180
N-m
mm
344,624
-
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Determinacin de los dimetros mnimos en el eje:
Por medio de la teora de la energa de distorsin para fallas por carga esttica
y asumiendo un factor de seguridad (ns) de 4 recomendados por normasASME entonces:
Dimetro mnimo desde el rodillo hasta el rodamiento A:
En esta ubicacin el torque tiene un valor de: 344,624 N-m, y para el momento
flector se consider el momento cuando X vale 55mm (960,045N-m) por ser el
de mayor magnitud.
Tomando una medida comercial:
Seleccin del rodamiento:tomando en cuenta que actan carga radial se
seleccion rodamiento de bolas de una hilera SKF como seleccin preliminar,
Tomando en cuenta que la carga impulsada acta en condiciones de
mmTMSy
ns383,30
4
3323
1
2
1
22
21
mmC 351
Figura N 26. Esquema del eje y sus elementos
Fuente: Propia
125mm55mm
Rodamiento BRodamiento A
Rodillo
-
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operacin con poca frecuencia se seleccion bajo condiciones de carga
esttica.
Fuerza radial:
Carga esttica equivalente: como solo acta carga radial por lo tanto se
tiene que
kNFPrAA 047,240
Carga bsica:
kNPSCAA 047,24000
Dnde:
S0: Factor de seguridad esttica para rodamientos giratorios normales de tipo
de funcionamiento normal (ver anexo N 8)
C0A: carga bsica
Seleccin definitiva:
Como seleccin definitiva se seleccion el rodamiento bolas de una hilera SKF
modelo 6007, su carga bsica mxima es 31kN (ver anexo N 9), la carga
bsica que se produce en la operacin es 49,849kN.
kNRRF AzAyrA 047,2422
10 S
-
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kNCAr 31
0
Factor de seguridad Esttica Recalculado
228,10
0
0
P
CS
Ar
La seleccin del rodamiento es satisfactoria ya que el factor de seguridad
recalculado es mayor que el factor de seguridad que se consider de acuerdoa las condiciones de funcionamiento y as para determinar la carga bsica
esttica del rodamiento.
Dimetro mnimo entre los rodamientos:en esta ubicacin el momento
vale 445,5 N-m y el torque vale 344,624 N-m
Tomando una medida comercial
mmTMSy
ns202,25
4
332 3
1
2
1
22
32
mmC
382
Figura N 27: Rodamiento de bolas de una hilera SKF modelo 6007
Fuente: Catalogo SKF
-
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Dimetro mnimo en los rodamientos:en esta ubicacin el momento vale
0 N-m y el torque vale 344,624 N-m
Tomando una medida comercial
o Seleccin del rodamiento:tomando en cuenta que actan carga radial se
seleccion rodamiento de bolas de una hilera SKF como seleccin preliminar
Fuerza radial:
Carga equivalente:como solo acta carga radial por lo tanto se tiene que
Como la carga equivalente es menar a la que acta en el rodamiento A al
considerar seleccionar el mismo rodamiento garantiza que tampoco fallara.
mmTMSy
ns73,20
4
3323
1
2
1
22
43
mmC
353
kNRRF BzByrB 349,722
kNFPrBB 349,7
-
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Deflexin mxima del eje
Aplicando doble integracin a la ecuacin de singularidad para momentos
flectores, se determin que la deflexin mxima acurre en el plano XY; se
tiene:
Evaluando cuando X=55mm Y=0 y X=180mm Y=0 entonces
mmL
mmL
mmL
29
143
43
3
2
1
3
2
2
1
651,22
413,362
mNC
mNC
Figura N 29. Perfil del eje
Fuente: Propia
2c1c3c
L1 L2 L3
21
333
6
180
6
55
6
0CXC
mmxR
mmxR
mmxPIEY ByAyS
-
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Despus de determinar las constantes C1y C2se itero a lo largo de la longitud
del eje y se determin que la deflexin se ubica cuando X=0mm
Dnde:
E: mdulo de elasticidad del material para los aceros de la tabla A-5
propiedades fsicas y elsticas de los materiales (ver anexo N 10)I: momento de inercia del eje
Ymax: deflexin mxima del eje
La deflexin mxima es 0,125 mm, es aceptable ya que la deflexin mxima
permisible en los ejes segn Diseo de mquinas Robert Norton es de
0,005pulg (0,127mm).
Nota:como en los ejes para los rodillos inferiores solo acta la mitad de la
carga que actan en el eje del rodillo superior y considerando la misma
geometra garantiza que dichos ejes tampoco fallaran.
2.5.2 Diseo de la cua para los rodillos
Se consider seleccionar el mismo material del eje para reducir costos, el
material seleccionado para las cuas en el eje es Acero al carbono tipo SAE
1040 Laminado en frio con una resistencia a la fluencia de MPaSy 490 (ver
anexo N 11).
mmIE
CY
cmI
GPaE
c
125,0
235,1064
8,206
2
max
43
-
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49
MPaSySs
MPaSy
y 73,282577,0
490
Donde
Ssy: Esfuerzo de fluencia cortante del material
Ancho de la cua:Para una cua de cara cuadrada para un dimetro del eje
comprendido entre 1.1/4pulg1.3/8pulg de la tabla dimensiones para cuas
rectangulares y cuadrada de tipo estndar (ver anexo N 12)
mmpuw 938,7lg165
Longitud de la cua:debe ser igual mnimo el dimetro del eje
Esfuerzos en la cua:
Esfuerzo de corte:
MPaLw
T
cc
rod 885,70)(2
1
Esfuerzo por aplastamiento:
MPaLw
T
cc
rodaplast 77,141
)(4
1
mmLcc 351
-
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Factor de seguridad en la cua:
Factor de seguridad por falla cortante
989,3
y
corte
Ssn
Factor de seguridad por falla por aplastamiento
456,3
aplast
aplast
Syn
Los factores de seguridad son mayores que 1, lo que indica que la cua no
fallara, es aceptable tomando en cuenta que los esfuerzos que se producen
no son severos en comparacin con el material seleccionado.
2.6 Diseo del tornillo de potencia
El tornillo de potencia es el encargado de desplazar el rodillo superior con la
fuerza requerida para doblar los tubos que sern rolados, se considerara
disear en base a la resistencia que ofrece dichos tubos a doblarse.
Figura N 29. Tornillo de potencia y rodillo superior
Fuente: Pro ia
Rodill
Eje
Tuerca
Tornillo
Soportedeslizante
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Fuerza ejercida sobre el tornillo: corresponde a la resistencia que ofrece
cada tubo a doblarse
Dimetro del tornillo seleccionado:de la tabla de tornillos de rosca standard
(ver anexo N 13)
Hilos por pulgadas de los tornillos:de la tabla de tornillos de rosca standard(ver anexo N 13)
Paso del tornillo:
Dimetro de raz del tornillo:(ver anexo N 13)
Dimetro medio del tonillo:
kNP 2,16
lg8/7 pud
lg9
puHilosN
lg111,01
puN
p
lg7307,0 pudr
lg803,06495,0
puN
ddm
-
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Altura de la rosca:
Ancho de la rosca: las roscas standard por lo general son de 30 de
inclinacin
rea de esfuerzo a tensin:de la tabla de tornillos de rosca standard (veranexo N 13)
Numero de hileras en contacto con el enroscado:
Avance del tornillo:
Angulo de avance:
lg072,0
2
pudd
h r
lg083,030tan2 puhb
2lg4617,0 puAr
4n
lg44,0 pupnL
99,9
md
Larctag
-
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Coeficiente de roce: considerndola una mquina de calidad promedio de
mano de obra y materiales en condiciones de operacin (ver anexo N 14)
Torque necesario para desplazar la carga:
o Esfuerzos
Esfuerzo a flexin en la rosca:
Esfuerzo a tensin en el cuerpo:
Esfuerzo cortante:
21,0
lg432,63930cos
30cos
21 pulb
Ld
dLdFT
m
mm
ksibnd
hP
m
x 257,11
3`
2
ksiA
P
r
x 744,7``
ksi
d
T
r
xy 347,816
3
1
-
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54
o Factores de seguridad contra falla por fluencia
Se especifica Acero SAE grado 1 para el tornillo y la tuerca con una resistencia
a la fluencia (ver anexo N 15) por ser un material con facilidad de
adquisicin y muy resistente.
Factor de seguridad en el tornillo: mediante la teora de energa de
distorsin
Donde
Fs: factor de seguridad
Sy: esfuerzo de fluencia del material
: esfuerzo de von mises
Factor de seguridad en la rosca:
Los factores de seguridad son mayores que 1 lo que garantiza que el tornillo
de potencia y la tuerca no fallaran, son aceptable tomando en cuenta que su
esfuerzo de trabajo no es de una magnitud aproximada a esfuerzo mximo del
material y no se requiri un material de alta resistencia
ksiSyt 36
ksixyx 401,163`` 22
195,2
tSyFs
286,3`
x
rSyFs
-
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2.6.1 Diseo del pasador de unin entre el tornillo
El pasador es el elemento que se encargara de unir el tornillo de potencia a
travs de un anillo soporte. El material seleccionado es Acero al carbono tipo
SAE 1040 Laminado en frio con un (ver anexo N 11) por ser muy
comercial. Se encuentra sometido a carga cortante por la fuerza ejercida por
el tornillo de potencia.
Resistencia de fluencia al corte del pasador
Dimetro del pasador:
Carga cortante en el pasador:
MPaSy 490
MPaSySys p 73,282577,0
mmdpasador 7
kNF 2,16
Figura N30.Unin entre el soporte deslizante y el tornillo de potencia
Fuente:Propia
Pasador
Tuerca
Tornillo depotencia
Soportedeslizante
-
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Esfuerzos cortantes en el pasador:para 4 veces el rea
Factor de seguridad contra falla por fluencia
Es aceptable ya que al ser mayor que 1 garantiza que el pasador no fallarpor fluencia, es aceptable tomando en cuenta que su esfuerzo est a ms de
2 veces por debajo del mximo del material, su material es de fcil adquisicin
y son de un tamao muy ligero.
2.7 Diseo de los rodillos
Para los rodillos roladores tanto como el superior como los inferiores se
encuentran afectados por la resistencia que ofrecen los tubos a doblarse, se
considerara disear en base a la carga del rodillo superior por ser la de mayor
magnitud. El material seleccionado es Acero 1040 laminado en frio con un
MPaSy 490 (ver anexo N 11) por ser apropiado para evitar el desgaste
superficial sobre los tubos durante el rolado.
MPa
d
F
pasador
237,1052
687,2
SysFsy
-
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Dimetro de curvatura de los tubos rolados:
Dnde:Eacero: Modulo de elasticidad del acero de la tabla A-5 propiedades fsicas y
elsticas de los materiales (ver anexo N 10)
I: inercia del tubo rolado (ver anexo N 2)
M: momento flector requerido para doblar el tubo
D: dimetro de curvatura del tubo rolado
Carga ejercida sobre el rodillo superior:
mmM
IED
mNM
cmI
GPaE
acero
acero
725,691142
109,2003
473,33
8,206
4
kNProd 2,16
Figura N 31.Disposicin de los rodillos en el cilindro rotativo
Fuente: Propia
Rodillos
Tubo rolado
-
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Presin en el rodillo superior
mmd
mmD
mmL
mm
GPaE
rod
acero
acero
130
725,69114
6195.119
2
2,76
28,0
8,206
mm
dD
EE
L
Pb
acero
acero
acero
acero
rod
rod 316,011
11
2
22
MPaLb
PP
rod
rod 925,2722
max
Figura N 32. Ubicacin del ancho de contacto en los rodillos
Fuente: propia
P
Prod
2b
-
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Dnde:
Eacero: Modulo de elasticidad del acero de la tabla A-5 propiedades fsicas y
elsticas de los materiales (ver anexo N 10)
acero: Razn de poison del acero de la tabla A-5 propiedades fsicas y elsticasde los materiales (ver anexo N 10)
D: dimetro del tubo rolado
d: dimetro del rodillo superior
Lrod: ancho de los rodillos
b: semiancho de contacto entre el rodillo y el tubo rolado
Pmax: presin en el rodillo superior
Esfuerzo cortante mximo en el rodillo superior:
MPaP 885,813,0maxmax
Factor de seguridad:
453,3
73,282577,0
490
max
Sysn
MPaSySys
MPaSy
Donde
Sy: esfuerzo de fluencia del acero
Sys: esfuerzo de fluencia al corte
: Esfuerzo cortante mximon: factor de seguridad
El factor de seguridad es mayor que 1, lo que indica que el rodillo superior no
fallara. Es aceptable tomando en cuenta que el esfuerzo generado es ms de
max
-
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3 veces por debajo del esfuerzo mximo y que es el material apropiado y
econmico. Como los rodillos inferiores tienen la misma geometra y actan la
mitad de la carga en el rodillo superior garantiza que los rodillos inferiores
tampoco fallaran.
2.8 Diseo de la estructura de la mquina
La estructura es el elemento que soporta cada uno de los componentes de la
mquina, estar conformada por tubos cuadrados y vigas por ser elementos
de mucha disponibilidad en el mercado.
2.8.1 Diseo del tramo A:
El tramo A se encarga de soportar los rodamientos para el eje del rodillo
superior, se considerara disear para una carga de igual magnitud ala
generada por el tornillo para el doblado del tubo, es decir 16,2kN. El material
seleccionado es una barra cuadrada de 40mm de Acero SAE 1040 Lami