1. Identificar materiales y herramientas de corte: Con base en los materiales que la empresa comúnmente maquina, se determinó utilizar una barra de acero 1018 y se estudiará sobre el proceso de acabado.
2. Realizar pruebas de maquinado: Si bien es cierto que las condiciones del maquinado dependen de la herramienta de corte y del tipo de material de la pieza de trabajo, cuando se trabaja con las PYMES se requiere de la pericia del operador para poder definir los parámetros de operación que permitan obtener un maquinado limpio. Esta condiciones con las PYMES se debe principalmente a que la maquinas que implementan en la mayoría de los casos es de segunda mano. Para el acero 1018 se estableció una velocidad de rotación de 1250 rpm y un avance de 4 milésimas de pulgada como valor de partida. Las pruebas se realizaran sin refrigerante, no se utilizará el contrapunto, la totalidad de las pruebas se efectuarán con un solo inserto con radio de nariz de 0.26 mm e implementando un porta herramienta marca SANDVIK.Teniendo en cuenta la información proporcionada por la empresa, se estableció un diseño de experimento soportado en la teoría de Taguchi. Se definieron 2 factores, el avance y el diámetro y para cada uno de
Implementación
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estos factores se establecieron 4 niveles. De acuerdo a la teoría de Taguchi para 2 factores y 4 niveles se deben llevar a cabo 16 pruebas, con base en esto se construyó el arreglo mostrado en la tabla 4.2.
Tabla 4.2. Diseño de Experimentos
n (rpm) D (in) L (in) f (in/r )
1250 1 1/4 4 0.006 1250 1 1/4 4 0.005 1250 1 1/4 4 0.002 1250 1 1/4 4 0.004 1250 1 1/8 4 0.006 1250 1 1/8 4 0.005 1250 1 1/8 4 0.002 1250 1 1/8 4 0.004 1250 1 4 0.006 1250 1 4 0.005 1250 1 4 0.002 1250 1 4 0.004 1250 7/8 4 0.006 1250 7/8 4 0.005 1250 7/8 4 0.002 1250 7/8 4 0.004
(n: velocidad de rotación; D: diámetro inicial; L: longitud del material; f: Velocidad de avance). Estos valores se establecieron basados en los parámetros que la empresa utiliza en el maquinado de acero.
3. Almacenar los datos capturados: Los datos obtenidos por las pruebas deben almacenarse en una carpeta donde se aloja el algoritmo de monitoreo. Cada prueba debe generar un archivo independiente compuesto por 4 columnas, 2 de tiempos y 2 de las señales de voltaje de los dos sensores. Para la captura de los datos se uso el programa que controla la tarjeta de adquisición de datos, LabView. En la figura 4.6 se muestra el diagrama de bloques generado para este propósito. En esta figura se pueden apreciar los parámetros de adquisición utilizados como son el numero de datos muestreados y la velocidad de muestreo que para este dispositivo es de 5KHz. (la velocidad máxima de muestreo de la DAQ 6008 es de 10KHz, sin embargo, ésta divide su capacidad entre el número de entradas que fueron establecidas) En el caso de usar otro sistema de adquisición es necesario construir esta parte del kit teniendo en cuenta los parámetros que el sistema permita. En el capítulo 5 ahondamos más sobre esta etapa en cuanto a los resultados.
Implementación
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Figura 4.6. Diagrama desarrollado para la captura y almacenamiento de los datos.
4. Asociar los datos: La asociación de los datos enmarca una etapa que puede ir de lo muy general a lo muy específico dependiendo del equipo con el que cuenta la PYMESM. En el caso general se puede establecer simplemente las condiciones de operación en la cual la maquina debería operar para reducir las vibraciones. Para el caso especifico, el cual busca asociar los datos con resultados directos, muchas de las PYMESM se ven limitadas a realizarlas porque no cuentan con equipo de calidad que les permita llevar a cabo una asociación científica. Con este kit podemos asociar resultados con los tres parámetros de estudio comunes en este tipo de investigación: Acabado superficial para el cual es requerido un rugosímetro, Acabado dimensional que requiere en muchos casos de Maquinas de Coordenadas y por último la Productividad que sería la aplicación menos costosa ya que solo requiere de un estudio de tiempos de maquinado. En esta investigación asociaremos los resultados con la rugosidad utilizando el rugosímetro que se especificó en el capítulo 3. Ver capitulo 5.
Resultados
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CAPITULO 5: Análisis de Resultados
El siguiente capítulo abarca los puntos 3 y 4 establecidos en la metodología para la optimización del proceso de maquinado. Como se definió en el capítulo 4, estos pasos de la metodología abarcan la etapa de captura, almacenamiento, procesamiento y asociación de los datos que corresponde a los resultados de la investigación. Veamos a continuación el detalle de cada una de estas etapas.
3. Almacenar los datos capturados: Se llevaron a cabo 16 pruebas en la cual se realizaron modificaciones en el diámetro de la pieza de trabajo y la velocidad de avance, estos valores fueron seleccionados tomando en cuenta la información proporcionada por el supervisor de taller de la empresa IPACSA estableciendo los casos más comunes presentes en su vivir laboral. La estrategia de experimentación se fundamento en la idea de establecer los parámetros que pudieran mejorar el proceso de maquinado para el caso especifico establecido en el capítulo 4, estos parámetros se definieron con base en la experiencia del equipo de trabajo de la empresa y a partir de estos buscar mediante la variación de la velocidad de avance, un estado optimo de desempeño que definiera la mejor condición de acabado superficial.
Como se mencionó en el capítulo 4, estas pruebas fueron realizadas de acuerdo a la teoría de diseños de experimentos establecidas por Taguchi. De esta manera se obtuvieron las señales de vibraciones sensadas por los acelerómetros las cuales fueron almacenadas en un archivo de texto, estos archivos fueron posteriormente cargados al algoritmo para el procesamiento de los datos. En la tabla 5.1 se encuentra un resumen de los datos procesados. La columna S1 representa la frecuencia máxima capturada por el sensor 1, la columna S2 contiene la frecuencia máxima capturada por el sensor 2 y la columna R es el indicador vibratorio. De este conjunto de pruebas, y para el caso específico de material-máquina-herramienta-aditamento definidos anteriormente se apreciaron las siguientes características:
El avance de 6 milésimas produce una superficie visiblemente marcada. El avance de 2 milésimas genera sobrecalentamiento de la pieza. El avance de 4 milésimas arrojo un buen acabado.
Para el avance de 5 y 4 milésimas se necesitaría de un equipo de medición de rugosidad para poder establecer cual generó el mejor acabado.
Resultados
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Tabla 5.1. Señales obtenidas del procesamiento de las señales de voltaje.
n (rpm) D (in) L (in) f (in/r ) S1(Hz) S2(Hz) R
1250 1 1/4 4 0.004 1750 1781 0.4674/0.3506 1250 1 1/4 4 0.006 2260 2298 0.2610/0.2659 1250 1 1/4 4 0.005 1749 1749 0.2798/0.2623 1250 1 1/4 4 0.002 1809 1809 0.7618/0.3543 1250 1 1/8 4 0.004 1754 1745 0.4236/0.4194 1250 1 1/8 4 0.006 1879 2259 0.3224/0.4234 1250 1 1/8 4 0.005 1749 1749 0.2788/0.3005 1250 1 1/8 4 0.002 1799 1788 0.5627/0.5162 1250 1 4 0.004 1763 1727 0.3475/0.4555 1250 1 4 0.006 1728 1728 0.2542/0.3547 1250 1 4 0.005 1749 1749 0.3127/0.2276 1250 1 4 0.002 1788 1789 0.7362/0.4814 1250 7/8 4 0.004 1962 1750 0.2824/0.3638 1250 7/8 4 0.006 1730. 1729 0.2559/0.3218 1250 7/8 4 0.005 1750 1750 0.3055/0.2633 1250 7/8 4 0.002 1800 1800 0.2875/0.2481
Utilizando MINITAB se analiza la relación que existe entre los factores establecidos y los resultados obtenidos. Para el propósito de esta investigación, la relación debe realizarse entre el indicador vibratorio y los diferentes factores. Recordemos que el experimento diseñado corresponde a un arreglo L16(4**2) que representa 2 factores y 4 niveles. La figura 5.1 representa el resultado arrojado por la herramienta, en ella se aprecia una clara dependencia del indicador vibratorio con el avance estableciendo una reducción de su valor promedio ante un incremento de este. Por otro lado también refleja como la variación del diámetro de la pieza de trabajo no ejerce un efecto muy marcado sobre este indicador, más que para diámetros menores a 1 in.
Figura 5.1. Análisis de dependencia entre el indicador vibratorio y los factores del DOE.
In d ic a d o r V ib rato ri o R
Resultados
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La teoría de Bailey establece que un proceso de maquinado se encuentra en un estado vibratorio no deseable cuando el indicador vibratorio R tiene un valor mucho menor que la unidad. Basado en este criterio podemos apreciar que el valor de R para la mayoría de las pruebas, presenta la magnitud más alta cuando el avance es de 2 milésimas por revolución, lo cual valida la identificación visual realizada por la empresa. Sin embargo se requieren de otras condiciones para definir la selección adecuada del parámetro de corte (las condiciones a las cuales hace referencia el autor son aquellas derivadas de los efectos que los parámetros de operación ejercen sobre el proceso de maquinado, por ejemplo: incremento en la temperatura, tipo de viruta generada, etc.). De las figuras 5.2 a la 5.5 se muestra el resultado obtenido de este procesamiento, estas figuras representan el comportamiento vibratorio de la máquina para cada uno de los parámetros de operación especificados.
Figura 5.2. Variación de R en función de la velocidad de avance para diámetro de 1 1/4in y una profundidad de corte de 1/8in.
Figura 5.3. Variación de R en función de la velocidad de avance para diámetro de 1 1/8 in y una profundidad de corte de 1/8in.
0 0.2 0.4 0.6 0.8 0.002 0.004 0.005 0.006 In d ic ad o r Vib rat o rio ( R ) Avance (in/rev)