La selección de un material para construir una máquina o partes de una, es una de las más importantes decisiones, para esto se debe hacer estimaciones que se basan en las propiedades de elasticidad (rigidez) del material, mientras que las evaluaciones del esfuerzo en una localización critica de un elemento exigen una comparación con la resistencia del material en dicha ubicación geométrica y condición de uso.
Aunque el esfuerzo y la deflexión son importantes en el proceso de diseño de partes mecánicas, la selección de un material no siempre está basada en estos factores, por ejemplo en nuestro caso obliga a usar material de acero inoxidable en las partes que se encuentran en contacto directo con el producto.
Para la selección de materiales adecuados para la estructura se utiliza un software de diseño mecánico denominado, Autodesk inventor 2010, el cual permite desarrollar el diseño de una forma bastante práctica, he ir desarrollando con varios tipos de materiales, y determinar de forma bastante acertada el material ideal a utilizar, después del análisis mecánico de cargas y esfuerzos de la estructura que brinda este software. Una vez determinados los materiales a utilizar, se asegura de que existan en nuestro medio, o sean fáciles de adquirir, para que no haya complicaciones el momento de construir dicha parte o máquina.
Una gran ayuda y soporte son los catálogos que brindan los proveedores de materiales como es el caso específico de DIPAC, el cual se indica en el anexo 3.
2.3.1 Estructura de la máquina.
Para la estructura se utiliza hierro fundido gris, que se muestra en la figura 2.11 y figura
2.12 Este es uno de los materiales que más se utiliza, debido a su bajo costo, ya que se
puede fundir con facilidad en grandes cantidades y porque es fácil de maquinar.
La aleación resultante se compone de perlita, ferrita y grafito. El grafito en forma de hojuelas delgadas distribuidas de manera uniforme por toda la estructura lo oscurece, de aquí el nombre de hierro fundido gris.
El hierro fundido gris no se suelda con facilidad, porque puede agrietarse, pero esta tendencia se reduce si la parte se calienta con cuidado. Aunque las funciones se dan por las condiciones en que sale de fundición, un recocido ligero reduce los esfuerzos inducidos por el enfriamiento y mejora la maquinabilidad, la resistencia a la compresión del hierro fundido gris varía de 100 a 400MPa, en nuestro caso la resistencia a la tracción es de 310 Min MPa esta condición está dada por el fabricante.
De acuerdo a nuestro diseño y al análisis de esfuerzos en el software, brinda seguridad en la elección de este material, para eso se consultó con algunos proveedores de este material, y seleccionar el tubo estructural negro cuadrado el de figura 2.12
34
Figura 2.11.
Recuperado de: Catalogo DIPAC. ANEXO 3 Página 38.
Figura 2.12. Especificaciones del tubo estructural negro cuadrado.
35
2.3.2 Se presenta el diseño de la máquina.
Figura 2.13. Diseño de la estructura.
Autodesk inventor 2010, autor Fernando Valencia
2.3.3 Propiedades mecánicas.
Cuadrado y rectangular.
Resistencia a la tracción = 310MPa. Limite a la fluencia = 269MPa.
36
Figura 2.14 Selección del material para la estructura
Recuperado de Autodesk inventor 2010.
2.3.4 Autodesk inventor 2010.
Este software ofrece una gama completa y flexible de programas para diseño mecánico en 3D, simulación de productos, creación de herramientas, ingeniería a la carta y comunicación de diseños, con este programa se puede hacer prototipos digitales ya que permite hacer y simular productos antes de llevarlos a la construcción física, esto hace que se diseñe de la mejor manera posible, para desarrollar mejores productos a bajos costos, este tipo de herramientas facilitan de gran manera al usuario ahorrando tiempo, y seleccionando las mejores características para el desarrollo de nuevos proyectos.
A continuación se va a resaltar las consideraciones principales de diseño para el desarrollo del diseño mecánico de la estructura.
Funcional – Forma.
En la estructura de la máquina tiene espacio suficiente para el cilindro de dosificación, las electroválvulas, el sistema de desplazamiento, el sistema de sellado y el tablero de control. Cada uno de estos espacios debe ser estudiado para formar la estructura de la máquina.
37 Gracias al Autodesk inventor 2010, permite hacer un previo análisis, de la resistencia de la estructura de la máquina, como se muestra en la figura 2.15 – 2.18.
Corrosión.
Para prevenir la corrosión en la estructura de la máquina, ya que es de hierro fundido gris, este se lija para eliminar todo la suciedad, y proceder a colocar pintura anticorrosiva, la cual ayuda de gran manera a prevenir la corrosión, para posteriormente colocar planchas de acero inoxidable en todo el entorno de la máquina para evitar el contacto directo con el producto y con el agua.
Manu factibilidad.
Para una fácil manufactura se opta por la elaboración de cada parte de la máquina por separado para ensamblar una vez elaborada cada parte.
Mantenimiento.
A la estructura de la máquina, el único mantenimiento es revisar el estado de la estructura y en caso de haber corrosión lijar y colocar pintura anticorrosiva a las partes afectadas cada año.