Diseño e implementación de un posicionador horizontal y circular para soldadura mig en la empresa Indima S A

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(1)ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA. DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN POSICIONADOR HORIZONTAL Y CIRCULAR PARA SOLDADURA MIG EN LA EMPRESA INDIMA S.A.. TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO EN ELECTRÓNICA Y CONTROL. DIEGO ARMANDO USHIÑA LOACHAMÍN diego.ushina@epn.edu.ec. DIRECTOR: ING. DIEGO IVÁN PILAQUINGA ABADIANO MSc. diego.pilaquinga@epn.edu.ec. Quito, Diciembre 2017.

(2) i. DECLARACIÓN. Yo Diego Armando Ushiña Loachamín, declaro bajo juramento que el trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentada para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento. A través de la presente declaración cedo mis derechos de propiedad intelectual correspondientes a este trabajo, a la Escuela Politécnica Nacional, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normatividad institucional vigente.. DIEGO ARMANDO USHIÑA LOACHAMÍN.

(3) ii. CERTIFICACIÓN. Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Diego Armando Ushiña Loachamín bajo mi supervisión.. ING. DIEGO IVÁN PILAQUINGA ABADIANO MSc. DIRECTOR DEL TRABAJO DE TITULACIÓN.

(4) iii. AGRADECIMIENTO. A Dios sobre todas las cosas por regalarnos la vida, la vida de la persona más querida, mi madre MIAN.. Al Ing. Diego Pilaquinga, Director de este proyecto por todo su apoyo y colaboración.. A la Escuela Politécnica Nacional por brindarme la enseñanza y valores para ser un buen profesional.. A la Empresa Indima S.A., en especial al Ing. Juan Bermeo por permitirme usar sus instalaciones y equipos durante el desarrollo del proyecto.. A todos mis compañeros de Indima, por su apoyo moral durante la realización del proyecto.. Diego Ushiña.

(5) iv. DEDICATORIA. En primer lugar le dedico el esfuerzo de este proyecto a Dios, porque sin él no somos nada.. Les dedico este proyecto a mis padres Vicente y Miriam, por su apoyo durante mis años de estudio.. También dedico este proyecto a mi esposa Cristina, por llenar mi vida, por estar siempre a mi lado, por ser mi todo; a mis hermanos por llegar a ser ejemplo del querer es poder.. Y por último a Kerly, por ser mi motor que me despierta las ganas de seguir luchando día a día.. Diego Ushiña.

(6) v. CONTENIDO DECLARACIÓN ....................................................................................................... i CERTIFICACIÓN .................................................................................................... ii AGRADECIMIENTO............................................................................................... iii DEDICATORIA ....................................................................................................... iv CAPÍTULO 1 ...........................................................................................................1 INTRODUCCIÓN ....................................................................................................1 1.1. SOLDADURA MIG .....................................................................................1. 1.1.1. Ventajas de soldadura MIG ..........................................................................3. 1.1.2. Desventajas de soldadura MIG .....................................................................4. 1.2. EQUIPO BASICO PARA SOLDADURA MIG .............................................5. 1.2.1. Máquina soldadora. ......................................................................................5. 1.2.2. Alimentación de alambre ..............................................................................6. 1.2.3. Pistola o soplete para soldadura ...................................................................6. 1.2.4. Gas protector ................................................................................................7. 1.2.5. Reguladores y medidores .............................................................................8. 1.2.6. Alambre electrodo ........................................................................................9. 1.3. TRANSFERENCIA DEL METAL DE APORTE ........................................10. 1.3.1. Transferencia por cortocircuito ...................................................................10. 1.3.2. Transferencia globular ................................................................................10. 1.3.3. Transferencia por pulverización axial ..........................................................10. 1.3.4. Transferencia por arco pulsado ..................................................................11. 1.4. TÉCNICAS DE AVANCE .........................................................................11. 1.4.1. Soldadura a derecha ..................................................................................11. 1.4.2. Soldadura a izquierda .................................................................................12. 1.5. PROCESOS DE SOLDADURA ................................................................12. 1.5.1. Proceso semiautomático ............................................................................13. 1.5.2. Proceso automático ....................................................................................13. 1.5.3. Proceso robotizado .....................................................................................13. 1.6. POSICIONADORES DE SOLDADURA ...................................................13. 1.6.1. VENTAJAS DE LOS POSICIONADORES DE SOLDADURA .....................14. 1.6.2. POSICIONADOR DE SOLDADURA CIRCULAR ........................................14. 1.6.2.1. Mesas posicionadoras comerciales .....................................................14. 1.6.2.1.1. Posicionador para soldadura hbj ......................................................14. 1.6.2.1.2. Posicionador de soldadura tipo U ....................................................15. 1.6.2.1.3. Posicionador de soldadura TS10 .....................................................17. 1.6.2.2 1.6.2.2.1. Análisis de selección de alternativas. ..................................................18 Costo ...............................................................................................18.

(7) vi. 1.6.2.2.2. Complejidad en la construcción .......................................................18. 1.6.2.2.3. Mantenimiento .................................................................................18. 1.6.2.2.4. Disponibilidad de materiales ............................................................19. 1.6.2.2.5. Tiempos de trabajo ..........................................................................19. 1.6.2.2.6. Alternativa más factible ....................................................................19. 1.6.3. MESA POSICIONADORA DE SOLDADURA LINEAL ................................20. 1.6.3.1 1.6.3.1.1. Posicionador longitudinal ALW 500..................................................20. 1.6.3.1.2. Posicionador longitudinal JETLINE ..................................................21. 1.6.3.2. 1.7. Posicionadores lineales comerciales ...................................................20. Análisis de selección de alternativas. ..................................................22. 1.6.3.2.1. Complejidad en la construcción .......................................................22. 1.6.3.2.2. Mantenimiento .................................................................................22. 1.6.3.2.3. Disponibilidad de materiales ............................................................23. 1.6.3.2.4. Tiempos de trabajo ..........................................................................23. 1.6.3.2.5. Alternativa más factible ....................................................................23. ANALISIS DE FLEXIÓN ...........................................................................24. 1.7.1. VON MISES ...............................................................................................24. 1.8 ESTADO ACTUAL DEL PROCESO DE SOLDADURA MIG EN LA EMPRESA INDIMA S.A. ....................................................................................25 1.8.1. 1.9. PRODUCTOS FABRICADOS.....................................................................25. 1.8.1.1. Silenciador Chevrolet Sail (SGM 308) .................................................26. 1.8.1.2. Pre silenciador Chevrolet SAIL (SGM 318) ..........................................26. 1.8.1.3. Pre silenciador 3 er tramo Suzuki SZ (J3 -2.0 y 2.4) ............................27. 1.8.1.4. Resonadores .......................................................................................28. 1.8.1.5. Termo tanque ......................................................................................29. 1.8.1.6. Tanque hidroneumático .......................................................................29. 1.8.1.7. Silenciadores de motocicletas .............................................................30. REMATADO MIG .....................................................................................31. CAPÍTULO 2 .........................................................................................................33 METODOLOGÍA....................................................................................................33 2.1. DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEL PROTOTIPO .................................33. 2.1.1. PROTOTIPO MECÁNICO POSICIONADOR CIRCULAR ...........................33. 2.1.1.1. Mesa porta producto............................................................................37. 2.1.1.2. Disco dentado .....................................................................................37. 2.1.1.3. Piñón motriz ........................................................................................38. 2.1.1.4. Chumaceras ........................................................................................39. 2.1.1.5. Sujetador de chumaceras ....................................................................40. 2.1.1.6. Base de elevación ...............................................................................41.

(8) vii. 2.1.1.7. Base inferior ........................................................................................41. 2.1.1.8. Eje sujetador .......................................................................................42. 2.1.2. PROTOTIPO MECÁNICO POSICIONADOR HORIZONTAL ......................43. 2.1.2.1. Base fija ..............................................................................................44. 2.1.2.2. Soportes de base fija ...........................................................................47. 2.1.2.3. Base móvil ...........................................................................................47. 2.1.2.3.1. 2.2. Rodamientos 6202 RS .....................................................................49. 2.1.2.4. Tornillos de calibración ........................................................................50. 2.1.2.5. Porta antorcha .....................................................................................51. 2.1.2.6. Porta cables ........................................................................................52. 2.1.2.7. Sistemas de transmisión para eje x .....................................................52. DISEÑO ELECTRICO ..............................................................................53. 2.2.1. ELEMENTOS DEL SISTEMA .....................................................................54. 2.2.1.1 2.2.1.1.1. Controlador lógico programable (PLC) ................................................54 Características del PLC utilizado .....................................................55. 2.2.1.2. Módulos de control para el PLC...........................................................56. 2.2.1.3. Variador de frecuencia.........................................................................57. 2.2.1.3.1. Variador de velocidad posicionador circular (VC) .............................57. 2.2.1.3.2. Variador de velocidad posicionador horizontal.(VH) .........................59. 2.2.1.4. Motoreductor trifásico ..........................................................................61. 2.2.1.4.1. Características de motoreductor posicionador circular. ...................61. 2.2.1.4.2. Características de motoreductor posicionador horizontal. ................62. 2.2.1.5. Finales de carrera................................................................................63. 2.2.1.6. Relé electromagnético .........................................................................63. 2.2.1.7. Electroválvula 5 vías, 2 posiciones (5/2). .............................................64. 2.2.1.8. Indicadores de visualización ................................................................65. 2.2.1.9. Cilindro neumático ...............................................................................66. 2.2.1.10. Sensor inductivo ..................................................................................66. 2.2.1.11. Fuente de alimentación .......................................................................67. 2.2.1.12. Protecciones para el tablero principal ..................................................68. 2.2.2. DIAGRAMA DE CONTROL Y FUERZA ......................................................70. 2.2.3. TABLEROS ELECTRICOS .........................................................................74. 2.3. 2.2.3.1. Tablero principal ..................................................................................75. 2.2.3.2. Tablero de control................................................................................76. DESARROLLO DEL PROGRAMA DE CONTROL ..................................77. 2.3.1. DESARROLLO DEL PROGRAMA DE CONTROL .....................................77. 2.3.1.1. Lógica de control .................................................................................78. 2.3.1.1.1. Posicionador circular........................................................................78. 2.3.1.1.2. Posicionador horizontal. ...................................................................80.

(9) viii. 2.3.2. DESCRIPCIÓN DE PANTALLAS ...............................................................83. 2.3.2.1. Pantalla de inicio .................................................................................84. 2.3.2.2. Pantalla de posicionador circular .........................................................84. 2.3.2.3. Pantalla de posicionador horizontal. ....................................................86. 2.3.2.4. Pantalla de mantenimiento o comprobación de estado ........................87. 2.3.3. CARACTERISTICAS TECNICAS DE POSICIONADORES ........................87. 2.3.3.1. Características técnicas posicionador circular. ....................................87. 2.3.3.2. Características técnicas del posicionador horizontal. ...........................88. CAPÍTULO 3 .........................................................................................................89 RESULTADOS Y DISCUSIÓN ..............................................................................89 3.1.. PRUEBAS PRELIMINARES ....................................................................89. 3.1.1. ARMADO TABLERO PRinCIPAL ...............................................................89. 3.1.2. ARMADO TABLERO DE CONTROL ..........................................................90. 3.1.3. PRUEBA DE CONTINUIDAD .....................................................................90. 3.1.4. PRUEBAS ELÉCTRICAS ...........................................................................91. 3.2. PRUEBAS DE MONTAJE ........................................................................95. 3.2.1. MONTAJE DE ESTRUCTURA PARA POSICIONADOR CIRCULAR .........95. 3.2.2. MONTAJE DE ESTRUCTURA POSICIONADOR HORIZONTAL ...............95. 3.3. PRUEBAS DE CONTROL........................................................................98. 3.3.1. PRUEBA DE CONTROL POSICIONADOR CIRCULAR .............................98. 3.3.2. PRUEBA DE CONTROL POSICIONADOR HORIZONTAL ........................99. 3.3.3. PRUEBA DE CONTROL PARA ACTIVACIÓN DE SOLDADURA............. 101. 3.4. PRUEBA OPERATIVA DEL SISTEMA ..................................................102. 3.4.1. PRUEBA DE SOLDADURA POSICIONADOR CIRCULAR ...................... 102. 3.4.2. PRUEBA DE SOLDADURA POSICIONADOR HORIZONTAL .................. 104. 3.5. COSTO DEL SISTEMA IMPLEMENTADO ............................................106. 3.5.1. COSTOS DIRECTOS ............................................................................... 107. 3.5.1.1. Costos de mano de obra ................................................................... 107. 3.5.1.2. Costos de materia prima.................................................................... 107. 3.5.2. COSTOS INDIRECTOS ........................................................................... 109. 3.5.3. COSTO TOTAL ........................................................................................ 109. CAPÍTULO 4 .......................................................................................................111 CONCLUSIONES................................................................................................111 RECOMENDACIONES .......................................................................................112 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ....................................................................113 ANEXOS .............................................................................................................115.

(10) ix. RESUMEN En el presente proyecto se diseña y se implementa un posicionador horizontal y circular para soldadura MIG, el cual servirá para realizar cordones de soldadura en tramos largos ya sea de perfil circular como lineal (horizontal), la empresa Indima S.A. se dedica a la fabricación de sistemas de escape de vehículos y motocicletas, además su cartera de productos nuevos se encuentra el calentador de agua eléctrico que es un cilindro metálico de 500mm de diámetro y 1200mm de longitud. En el área de soldadura no existía ningún tipo de control ni ayuda mecánica para realizar este trabajo y era imprescindible controlar el desplazamiento y velocidad de arrastre de la antorcha. El control de este posicionador fue implementado con variadores de velocidad, encoder (movimiento horizontal), finales de carrera. Cuyas señales son enviadas a un PLC que realiza el control de las variables mencionadas. Se seleccionó prototipos mecánicos para movimiento circular y horizontal provisto de una mesa metálica móvil que gira con el producto y un carro móvil compuesto por piñón– cremallera para el movimiento de la antorcha de soldadura la cual está montada sobre dos tornillos que se mueven de manera manual en los ejes Z e Y. PALABRAS CLAVE: Posicionador horizontal, posicionador circular, soldadora MIG, PLC, variadores de velocidad..

(11) x. PRESENTACIÓN El presente documento consta de cuatro capítulos, en los cuales se detalla tanto fase teórica, como la de diseño implementación y pruebas. El primer capítulo hace referencia a conceptos básicos que se utilizan en el proceso de soldadura MIG, posicionadores y detalle de parámetros que intervienen en el proceso de soldadura, también se incluirá el análisis de estado actual del proceso y sus necesidades. El diseño e implementación del posicionador de soldadura, así como los circuitos eléctricos, lógica del PLC y justificación de la elección de los equipos usados serán analizados en el segundo capítulo. Posteriormente, en el tercer capítulo se describe las pruebas a las que se sometió el posicionador circular y horizontal, para verificar su correcto funcionamiento. Finalmente en el cuarto capítulo se expondrá las conclusiones deducidas del desarrollo de éste trabajo y se realizarán las recomendaciones pertinentes para su operación y mejoramiento futuro..

(12) 1. CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN INDIMA S.A empresa dedicada a la producción de sistemas de escape para vehículos, persigue incansablemente alta calidad en sus productos y para lograrlo ha visto necesario la innovación tecnológica en soldadura MIG, razón por la cual se diseñó e implementó un posicionador de soldadura MIG, circular y horizontal.. 1.1 SOLDADURA MIG Soldadura MIG por sus siglas (Metal Inerte Gas) conocida también como GMAW (soldadura a gas y arco metálico), que se muestra en Figura 1.1. Fue creada antiguamente para unir piezas de espesores mayores a ¼ de pulgada. La soldadura MIG-MAG tiene un rodete de alambre metálico (electrodo). que. proporciona una salida del mismo de manera continua y un gas protector que realiza la función de no permitir la entrada de oxígeno en el arco generando un cordón de soldadura limpio sin escoria. La soldadura MIG ha crecido mucho por tener pérdidas mínimas en materiales y por generar mayor productividad. [1]. Figura 1.1. Soldadura MIG [1]. La soldadura MIG puede juntar diferentes tipos de acero, aluminio, cobre, aceros inoxidables, etc y a demás es empleado en la fabricación de estructuras metalicas, carrocerías, tuberías, sistemas de escape, etc..

(13) 2. La soldadura MIG posee caracteristicas importantes al juntar aceros, detallamos a continuación las mismas: 1. El arco de soldadura es visible en cada momento por el operador. 2. La pistola (antorcha) se la puede usar de manera ergonómica. 3. Es un proceso de soldadura muy versátil. 4. Rapidez en la fundición de materiales. 5. Alto rendimiento. 6. Posibilidad de automatización. En la actualidad la técnica de soldadura MIG de acuerdo a Figura 1.2 (b) ha sustituido a la soldadura TIG (tungsteno inerte gas ) conocida también como GTAW , Figura 1.2(c) que se usa en aplicaciones de bajo espesor e metales y a la de electrodo revestido conocida como SMAW (Shield metal arc welding) que genera escoria al terminar el trabajo como se muestra en Figura 1.2(a).. Figura 1.2. (a) Electrodo revestido, (b) MIG, (c) TIG [12].. Este procedimiento automático o semiautomático de soldadura requiere del equipo especializado, compuesto básicamente de una fuente de poder, un conjunto motor de 24DC , con un juego de rodillos que empujan al alambre de soldadura,la antorcha con la cual se realiza el trabajo, una central de gas (aga mix 20) que protege el arco de soldadura y un carrete de alambre . Al presionar el gatillo de la antorcha, el alambre MIG que se encuentra en el rodillo es arrastrado a través de la antorcha por medio de los rodillos guis de lambre siendo este el polo positivo y la pieza a soldar esta en la mesa con el polo negativo, con lo cual cuando llegan a hacer contacto entre los dos contactos, se establece la fundición de materiales..

(14) 3. en el mismo instante en que se acciona el gatilo de la antorcha, se activa la electroválvula de control de paso de gas (aga mix 20), el cual fluye atravez del interior de la antorcha llevándole hasta la punta d ela antorcha, y proporcionar su protección al momento del arco (undicion de metales). Como gas protector se puede utilizar un gas inerte, como Argón o Helio, mezclas de éstos entre sí o con pequeñas cantidades de oxigeno o anhídrido carbónico puro o en mezclas con gases inertes, . Una vez establecido el arco de soldadura, el alambre de soldadura avanza a la velocidad que se ha fijado previamente y es consumido precisamente a la misma velocidad con que es alimentado, sin requerir la intervención del operador para ello. Al finalizar la soldadura no existe formación de escoria ya que el gas protector realiza esta funcion. 1.1.1 VENTAJAS DE SOLDADURA MIG Puesto que no hay escoria, al culminar con el proceso de soldado se evita la operaciones de limpieza, lo que reduce notablemente el costo total de la operación de la soldadura. En algunos casos la limpieza del cordón resulta más costoso que la propia operación de soldadura, por ello la reducción de tiempo de limpieza supone disminución de los costos finales en la operación de soldeo. [2] Otra ventaja indiscutible es la facilidad de aprendizaje ya que para realizar el trabajo se debe llevar la antorcha a cierta velocidad y distancia del producto a soldar que con la practica certificara su aprendizaje, el aprendizaje se podrá hacer en unas pocas horas de practica y con los instrumentos necesarios (casco y guantes de soldadura) lo podrá realizar sin ningún inconveniente. La soldadura MIG versus la soldadura de electrodo revestido ofrece mayor velocidad en el proceso, por realizar con el soporte de un rodete de alambre continuo y no tener que cambiar el electrodo cada vez que este se termina. El proceso MIG disminuye los tiempos de producción, eleva la rentabilidad y disminuye los riegos de defectos y fisuras. Las fisuras o poros (huecos), se incrementan en las interrupciones de cambio de electrodo. La elevada velocidad de la soldadura MIG actua adecuadamente en el matiz de materiales.

(15) 4. (transferencia de calor), debido a que al aumentar la velocidad de avance la amplitud de la zona afectada por el incremento de temperatura es disminuirá, de esta manera se disminuye el tamaño del cordón de soldadura ilustrado en la Figura 1.3. Las características buenas de la penetración y control del mismo la hace capaz de soldar espesores muy delgados y a la vez espesores altos. En las uniones mediante cordones en ángulo también permite reducir el espesor del cordón en relación con otros procedimientos de soldadura.. Figura 1.3. Cordón de soldadura. 1.1.2 DESVENTAJAS DE SOLDADURA MIG Las desventajas significativas encontradas en este proceso MIG las describiremos a continuación:. El equipo es más robusto ya que necesita como minimo un tanque de gas (aga mix 20 o CO2,Argon), más costoso y menos transportable que el que proceso SMAW (electrodo revestido).. En lugares de difícil acceso se dificulta su acceso por la dimensión de la antorcha o por su longitud, se hace muy dependiente de la longitud de la antorcha. Comparando versus electrodo revestido el porta electrodo es de menor tamaño. Cuando se realiza soldeo en partes exteriores se debe cuidar que las corrientes de aire dispersen el gas protector. Esto es un limitante para las aplicaciones en exteriores a menos que se le coloquen protecciones o guardas alrededor del área en la que se va a realizar la tarea de soldeo. Los niveles de calor radiado durante el soldeo es muy alto y la intensidad del arco pueden hacer que los operadores se resistan a utilizar el proceso. [3].

(16) 5. 1.2 EQUIPO BASICO PARA SOLDADURA MIG El sistema MIG requiere del siguiente equipo para su funcionamiento: Equipo básico para el proceso MIG se muestra en la Figura 1.4.. Figura 1.4. Equipo básico de soldadura MIG. 1. Máquina soldadora. 2. Motor corriente continua que controla el avance del alambre a la velocidad requerida. 3. Pistola de soldar para dirigir directamente el alambre al área de soldadura. 4. Gas protector( tanque o central de gas). 5. Reguladores y medidores. 6. Rodete de alambre 0.9 mm, (tipo depende de material a soldar) [4]. 1.2.1 MÁQUINA SOLDADORA. Para la soldadura MIG se requiere una máquina soldadora mostrada en la Figura 1.5, de diseño especial que trabaja con corriente continua y de calibración de amperaje de arco y velocidad de aporte de alambre. [4].

(17) 6. Figura 1.5. Máquina soldadora Fronius 3200 [10]. 1.2.2 ALIMENTACIÓN DE ALAMBRE El sistema de arrastre mostrado en la Figura 1.6. está constituido por dos rodillos de arrastre que trabajan con dos rodillos de presión. El rodillo de presión debe estar correctamente regulado, debido a que una presión excesiva puede producir deformaciones en el hilo , dañar los rodillos y complicando su deslizamiento. Por el contrario, cuando no hay suficiente presión sobre el hilo se puede producir una variación en velocidad de salida o no lograr su arrastre. [5]. Figura 1.6. Alimentación de alambre de soldadura [5]. 1.2.3 PISTOLA O SOPLETE PARA SOLDADURA La antorcha para la soldadura MIG mostrada en la Figura 1.7, también llamada “pistola” es la herramienta manipulada por el soldador. Su diseño, conFiguración y su peso son características importantes para el buen trabajo del soldador. [6].

(18) 7. Figura 1.7. Pistola de soldadura [6]. En la parte trasera de la pistola se encuentra el conector euro mostrado en Figura 1.8 que es el encargado de conectarse a la máquina de soldadura. De esta manera cada vez que accione el pulsador la máquina accionara todo su sistema para realizar la soldadura.. Figura 1.8. Conector EURO posterior [8]. 1.2.4 GAS PROTECTOR El objetivo fundamental del gas de protección es la de proteger al metal fundido de la contaminación mediante la inclusión de una atmósfera circundante. Los factores a tomar en cuenta para la elección del gas de protección son el material a soldar, penetración deseada, tipo cordón, velocidad de soldeo y por supuesto precio del gas. [7].

(19) 8. Los gases más comúnmente utilizados son mostrados en la Tabla 1.1. Tabla 1.1. Requerimiento porcentual de Gas, dependiendo del material [8] GAS PROTECTOR Material Gas de protección Acero Argón 85% + CO2 15% Acero inox Argón 98% + CO2 2% Aluminio Argón 100%. Las condiciones de trabajo influyen en la determinación en el caudal de gas a usar. Sin embargo generalmente es calculado con base 10 veces el diámetro del hilo. Por ejemplo para un hilo de 0.9 (mm), el caudal del gas a utilizar será de 9 L/min. El banco gas utilizado en la empresa Indima S.A. se muestra en la Figura 1.9.. Figura 1.9. Gas protector (Aga mix). 1.2.5 REGULADORES Y MEDIDORES Instrumentos utilizados para controlar correctamente la salida del gas protector, su función es la de disminuir la alta presión de gas del cilindro y suministrar a la pistola el flujo necesario de gas, acorde al trabajo a realizarse. El regulador está compuesto por un manómetro y un flujómetro. El manómetro mostrado en la Figura 1.10, indica la presión máxima del cilindro y el flujómetro es un cilindro de vidrio con una esfera pequeña plástica dentro del tubo. Cuando se requiere graduar el flujo de gas, se abre la llave reguladora del flujómetro permitiendo el.

(20) 9. pasode gas a través de él, lo cual hace flotar la esfera hasta el valor exacto que se está suministrando a la pistola. [8]. Figura 1.10. Flujometro y Manómetro [10]. 1.2.6 ALAMBRE ELECTRODO En general, la composición de el alambre sólido es muy similar a la del metal que será soldado pero además son incluidas cantidades variables de desoxidantes, en función de la aplicación y el gas protector. El silicio es utilizado en pequeños porcentajes para mejorar las propiedades mecánicas o la resistencia a la corrosión. Cuando los niveles de desoxidantes son más elevados son adecuados para soldar con CO2 porque evitan la formación de poros. En la Figura 1.11, se muestra dos carretes de alambre MIG. [8]. Figura 1.11. Carrete de soldadura MIG [8]. El alambre ocupado por Indima S.A. es ER 308LSi que está fabricado para cumplir con los requisitos de los procesos de soldadura con gas inerte MIG. Durante el proceso de soldadura la minima cantidad de carbono depositada en la superficie hace que se incremente la resistencia a la corrosión..

(21) 10. 1.3 TRANSFERENCIA DEL METAL DE APORTE En la soldadura MIG podemos encontrar cuatro tipos de transferencia, los cuales consisten en la calibración de la corriente o voltaje de trabajo. Estos tipos se detallan a continuación. 1.3.1 TRANSFERENCIA POR CORTOCIRCUITO Esta clase de transferencia es muy utilizada por la aplicación MIG, el alambre MIG se derrite en gotas entre 50 y 200 veces por segundo cuando la punta del alambre toca el metal fundido de soldadura y hace cortocircuito. En esta clase de soldadura se usa el gas CO2 y una alambre de diametro pequeño. Debido a sus características de bajo aporte de calor y de enfriamiento rápido se puede trabajar en diferentes posiciones ya sea horizontal, vertical ,sobre cabeza. [9] 1.3.2 TRANSFERENCIA GLOBULAR Esta aplicación es usada con menos frecuencia en el proceso MIG. el alambre MIG se derrite en abultadas gotas gruesas que caen por gravedad de la punta de la antorcha cuando éstas excede la tensión superficial. En esta aplicación se usa CO2 y argón, adicionalmente produce elevadas corrientes que permiten una buena penetración de la soldadura y mayores velocidades que las que se alcanzan con la transferencia por cortocircuito. También, una desventaja es la gran cantidad de salpicaduras y por ello no es recomendable soldar sobre cabeza, siendo conveniente ejecutarse en posición horizontal, de este modo se pueden unir piezas de mayor espesor. [9] Este tipo de transferencia no se usa para trabajo continuo, esta transferencia se usa en la puesta apunto de la máquina. 1.3.3 TRANSFERENCIA POR PULVERIZACIÓN AXIAL Es el método utilizado en la soldadura MIG. El metal de aporte es transportado a alta velocidad en partículas muy finas a través del arco, entre 500 y 2000 veces por segundo que son atomizadas por la fuerza electromagnética alta garantizando una soldadura lineal. En este método de transferencia se puede soldar a altas.

(22) 11. temperaturas que tiene como requisito usar corriente continua y electrodo positivo, para asegurar que las gotas se formen y se liberen a razón de centenares por segundo. Este tipo de transferencia es recomendable para piezas de espesores grandes por su gran penetración, y para proteger su arco de soldadura es recomendable usar argón o gas rico en argón. [9] 1.3.4 TRANSFERENCIA POR ARCO PULSADO En este método de transferencia tenemos dos corrientes, una continua con baja energía que sirva para generar arco y otra corriente que llegue a impulsos generando cierta frecuencia, esta hace que en cada pulsación genere una gota, la misma que se desprenderá sin topar el material a soldar. Con esta clase de transferencia se evita el recalentamiento térmico en el material, reducción de salpicadura y se puede realizar a alta velocidad de avance. [9]. 1.4 TÉCNICAS DE AVANCE Los distintos modos de avance en los posicionadores que se pueden presentar durante el modo de soldadura son a derecha y a izquierda. 1.4.1 SOLDADURA A DERECHA En la soldadura a derecha mostrada en Figura 1.12, proporciona una buena penetración, a su vez se elude la exposición de generar escorias, y además aminora la probabilidad de formación de poros. Además este método de avance de soldadura ocasiona un baño con elevada temperatura y fluido, lo que requiere experiencia por parte del soldador. Se ejecuta mediante pasadas estrechas. [10].

(23) 12. Figura 1.12. Soldadura avance a derecha [10]. 1.4.2 SOLDADURA A IZQUIERDA La soldadura ejecutada a izquierda que se mira en la Figura1.13, la penetración es reducida por la posición de la antorcha, por lo que sólo se recomienda para soldar chapas finas, en este tipo de movimiento se requiere menor calibración en la corriente de fundicon de materiales, lo que conlleva a generar menos cantidad de calor, la única desventaja en este tipo de avance es la tendencia a los poros por generar cordones anchos y la falta del baño de fusión. [10]. Figura 1.13.Soldadura avance a izquierda [10]. 1.5 PROCESOS DE SOLDADURA En la industria metalmecánica la soldadura MIG, se los encuentra en diferentes formas entre estas las de mando totalmente manual, mando semiautomática, control automático y proceso robotizado..

(24) 13. 1.5.1 PROCESO SEMIAUTOMÁTICO Es la aplicación más usual, en la que parámetros como amperaje y salida de alambre son ajustados previamente por el soldador, la cual luego de realizar este procedimiento , es el soldador quien ejecuta todo el trabajo. [11] La corriente es una variable determinante en el proceso: a mayor corriente, mayor es la penetración de la soldadura así como la salida de alambre con mayor velocidad genera cordones de soldadura más anchos, capaces de cubrir partes más grandes. 1.5.2 PROCESO AUTOMÁTICO Al igual que en el proceso semiautomático, para empezar ,se calibra la intensidad y la velocidad de salida de alambre y estos son regulados por el equipo, pero es una antorcha automatizada la que se encarga de suministrar la soldadura. Generalmente, el soldador interviene en actividades como rejuste de calibraciones ya sean mecánicas como eléctricas y cambio de piezas. [11] 1.5.3 PROCESO ROBOTIZADO Este proceso es utilizado a escala industrial. Todos los parámetros y las coordenadas de localización de la unión que se va a soldar se programan mediante. una unidad. CNC(control. numérico. computarizado).. En. las. aplicaciones robotizadas, un brazo mecánico puede soldar toda una pieza, transportarla y realizar los acabados automáticamente, sin necesidad de la intervención del soldador. [11]- [12]. 1.6 POSICIONADORES DE SOLDADURA El objetivo de cualquier solución de automatización es el de mejorar la productividad y la calidad. Las mesas posicionadoras, permite alcanzar este objetivo en cualquier posición. Han sido desarrolladas para orientar las piezas de manera agil y precisa que son construidos con pocas piezas móviles pero de alta resistencia, y necesitan mantenimiento mínimo en sus partes, hace que el servicio técnico del posicionador sea extremadamente fácil..

(25) 14. 1.6.1 VENTAJAS DE LOS POSICIONADORES DE SOLDADURA Las ventajas de utilizar posicionadores de soldadura es el desarrollo de la calidad en la soldadura final, un incremento del nivel de seguridad en el lugar de trabajo y la mejora en la ergonomía en la estación de trabajo. Lo que respecta a producción, las mesas posicionadoras incrementan la precisión en el cordón de soldadura lo que se traduce en un mayor aprovechamiento del tiempo de trabajo y esta su vez origina un aumento directo de la productividad. [13] 1.6.2 POSICIONADOR DE SOLDADURA CIRCULAR Las mesas de soldadura circular se caracterizan por su construcción sencilla, la cual está diseñada para mover las piezas girando sobre su propio eje. Esta mesa hace girar la pieza junto con la bancada en sentido horario y anti horario; existe en el mercado mesas posicionadoras con control de movimiento en la inclinación y elevación, las cuales son usadas en la robótica para sistemas más complejos como el ensamblaje automotriz. 1.6.2.1 Mesas posicionadoras comerciales Dentro de este tipo tenemos una gran variedad, que se diferencian una de la otra en su estructura física, tamaño, control, complejidad y precio. De los cuales podemos citar tres para hacer una comparación de construcción y ver la mejor opción a realizar en el prototipo deseado. [14] 1.6.2.1.1 Posicionador para soldadura hbj Este posicionador para soldadura presentado en la Figura 1.14, llamado equipo de posicionamiento de soldadura, es principalmente utilizado en estructuras circulares, elaboración de partes de máquinas, reducidas piezas esféricas entre otras. Sus partes constituye de una mesa de trabajo, un sistema mecanico movil, un sistema de volteo, sistema de conductos eléctricos y una caja eléctrica estándar a demás sus características técnicas son mostradas en la Tabla 1.2. Su sistema giratorio está formado básicamente por: un reductor de velocidad. Su.

(26) 15. sistema de volteo consiste básicamente en un motor eléctrico y su reductor de velocidad mecanico.. Figura 1.14 . Mesa circular HBJ [14] Tabla 1.2. Parámetros técnicos de posicionadores para soldadura tipo HBJ. PARÁMETROS TÉCNICOS POSICIONADOR HBJ Modelo HBJ-01 Capacidad estimada de carga- kg 100 Velocidad de giro – rpm 0.4 - 4 Velocidad de vuelta -rpm 1.1 Diámetro de la mesa de trabajo -mm 400 Ángulo de giro 0-120 Potencia del motor -kW 0.06 Tipo de regulación de velocidad Conversión continua de frecuencia Max. Distancia de gravedad 100. 1.6.2.1.2 Posicionador de soldadura tipo U Posicionador para la aplicación de soldadura circunferencial en piezas con inclinación, el posicionador envia la instrucción a la máquina para soldar indicándole donde empieza y cual es su limite final, estos parámetros tecnics se refrejan en la Tabla 1.3. Su versatilidad y fácil uso lo hacen uno de los mejores posicionadores de soldadura capaz de realizar cualquier pieza con circunferencia. En la Figura 1.15 se lo puede apreciar todos sus componentes. [13].

(27) 16. Figura 1.15. Mesa circular tipo U [13]. 1. Soporte de antorcha en block-V. 2. Ajuste Linear, 50 [mm]. 3. Stand en eje Y de 400 [mm]. 4. Soporte de eje Y. 5. Contrapunto Neumático 75 (mm). 6. Clip de detención del soporte del eje Y. 7. Tubo a 90º, 600 mm x 400 (mm). 8. Tablero de control. 9. Carcaza. 10. Base porta antorcha 11. Calibración de contra punto de sujeción, 650 (mm). Tabla 1.3. Parámetros técnicos de posicionadores para soldadura tipo U PARÁMETROS TÉCNICOS POSICIONADOR TIPO U Modelo HBJ-01 90 Capacidad estimada de carga (Kg) Velocidad de giro (rpm) velocidad de vuelta (rpm) Diámetro de la mesa de trabajo (mm) Ángulo de giro Potencia del motor (KW) Tipo de regulación de velocidad Max. Distancia de gravedad (mm). 0.1 - 16 1.1 Ȉ500 0 - 90 0.06 Conversión continua de la frecuencia 100.

(28) 17. 1.6.2.1.3 Posicionador de soldadura TS10 El posicionador de soldadura TS 10 NARGESA, esta provisto de un panel de control que lo convierten en uno de los más completos del mercado: Puede realizar. soldaduras continuas,. segmentadas,. trabajar. en. modo. manual,. automático, programación en grados. Especial para fabricar soldaduras en circular de gran precisión: Escapes de vehículos y motocicleta, sus caraceristicas se muestran en la Tabla 1.4. El TS10 mostrado en la Figura 1.16 es compatible con cualquier máquina de soldar del mercado, tanto antiguo como actual. Gobierna la máquina de soldar autorizando el lugar donde empieza la soldadura y donde termina. [15]. Figura 1.16. Mesa circular TS10 [15]. Tabla.1.4. Parámetros técnicos de posicionadores para soldadura Nargesa TS10. PARÁMETROS TÉCNICOS POSICIONADOR DE SOLDADURA TS10 Modelo TS10 75 Capacidad estimada de carga kg Velocidad de giro rpm 0 - 611 velocidad de vuelta rpm 1.1 Diámetro de la mesa de soldeo mm Ȉ400 Ángulo de giro 0 - 100 Potencia del motor kW 0.12 Tensión 2 fases 230 V. Monofásico Altura de la mesa mm 790.

(29) 18. 1.6.2.2 Análisis de selección de alternativas. Factores de comparación Dentro de los factores más relevantes a tener en cuenta en la selección son: ·. Costo. ·. Complejidad en su construcción. ·. Mantenimiento. ·. Disponibilidad de materiales. ·. Tiempos de trabajo. Ponderación de factores 1.6.2.2.1 Costo Se realiza una evaluación del costo de los materiales que se va a utilizar en la máquina, costos de los procesos de fabricación, costos del diseño, costos del número de elementos que conforman el posicionador circular. Factor de ponderación 10/10 1.6.2.2.2 Complejidad en la construcción Se basa en la facilidad de construcción del equipo, dependerá de las características físicas de diseño y de los materiales con los cuales será fabricada. Factor de ponderación 10/10 1.6.2.2.3 Mantenimiento El diseño y construcción de la máquina, permite su fácil mantenimiento, ahorrando tiempos y recursos, debido a que la persona encargada de su mantenimiento podrá montar y desmontar todas las piezas del equipo cuando este requiera de su reparación..

(30) 19. Factor de ponderación 10/10 1.6.2.2.4 Disponibilidad de materiales En la construcción de la máquina se priorizo el uso de materiales de origen ecuatorianos, por su fácil acceso y sus diferencias en costos. Factor de ponderación 10/10 1.6.2.2.5 Tiempos de trabajo Se considera la facilidad de disminuir tiempos de trabajo, con el tipo de máquina seleccionada, se lograra disminuir en gran porcentaje los tiempos muertos en el rematado de soldadura. Factor de ponderación 10/10 1.6.2.2.6 Alternativa más factible La alternativa más factible a construir será la que luego de hacer una comparación entre factores de construcción de cada uno de los posicionadores comerciales, sea la que requiera menor dificultad para su elaboración estos valores se presentan en la Tabla 1.5. Tabla 1.5. Datos de ponderación para selección de prototipo. FACTORES DE PONDERACIÓN ALTERN. 1 PONDERACIÓN Costo Complejidad en su construcción Mantenimiento Disponibilidad de materiales Tiempos de trabajo TOTAL MÁQUINA SELECCIONADA. ALTERNATIVAS ALTERN. 2. ALTERN. 3. 10. 6. 5. 4. 10 10. 5 5. 5 6. 6 6. 10. 5. 6. 5. 10 50. 5 26. 10 32. 10 31. 32. 31.

(31) 20. Dentro de la ponderación realizada, se llega a la conclusión que la base de la construcción para el prototipo mecánico, será guiada en las alternativas 2, y 3. Las cuales será muestra fiel del modelo a realizar. 1.6.3 MESA POSICIONADORA DE SOLDADURA LINEAL En la actualidad las empresas necesitan generar productos con suelda uniforme y están recurriendo a ayudas en este proceso controlando el inicio de chispa de soldeo, velocidad de desplazamiento y distancia a recorrer. Para lograr soldar tramos largos de soldadura ya sean lineales o circulares son necesarias ayudas electrónicas y mecánicas que realicen este trabajo. Por tal motivo en la actualidad se ha incorporado en la industria posicionadores de soldadura. 1.6.3.1 Posicionadores lineales comerciales Los posicionadores de soldadura pueden conectarse a máquinas de soldar de cualquier serie o modelo debido a que estos posicionadores tienen una entrada para el realizar el manejo de la antorcha de soldadura. En la Figura 1.17 se ilustra una posicionador lineal y en la Tabla 1.6 se muestra sus características técnicas. 1.6.3.1.1 Posicionador longitudinal ALW 500. Figura 1.17. Mesa horizontal LW500 [24].

(32) 21. Tabla 1.6. Parámetros técnicos de posicionadores horizontal LW500 PARÁMETROS TÉCNICOS POSICIONADOR HORIZONTAL LW500 Modelo ALW-500 75 Capacidad estimada de carga (Kg) Espesor del material a soldar Longitud de pieza a soldar 2 ejes antorcha ajustable Rango de altura de la antorcha Rango de velocidad del carro Potencia del motor (Kw) Fuente de la máquina Fuente de la soldadora Frecuencia. (Min 0.5 - Max 3.0) [mm] 500 mm y=±30 - z=±30 [mm] 100 mm 100-1800 (mm/min) 0.12 bifásico 220Vac trifásico 415 Vac 50 Hz. 1.6.3.1.2 Posicionador longitudinal JETLINE El posicionador longitudinal JETLINE consiste en un cabezal que sostiene la antorcha y es accionado por un cilindro neumático ajustable montado en una base mecanizada, estas características reflejan en la Tabla 1.7. Se proporciona una pista de viga lateral por la cual se desarrolla su desplazamiento,su movimiento se caracteriza en dos pedales que llevan a este en el sentido deseado. En la Figura 1.18 se puede observar un posicionador JETLINE. [16]. Figura 1.18. Mesa Horizontal JETLINE [16].

(33) 22. Tabla 1.7. Parámetros técnicos de posicionadores horizontal JETLINE PARÁMETROS TÉCNICOS POSICIONADOR HORIZONTAL JETLINE Serie LWB Rango de velocidad de desplazamiento Múltiples Longitud de pieza a soldar 150 - 900 mm Diámetro máximo de la pieza a soldar 67 mm Tierra de soldadura 600 A Rango de velocidad del carro 10-1000 mm/min Motor corriente continua Fuente de la máquina. bifásico 220 Vac. 1.6.3.2 Análisis de selección de alternativas. Factores de comparación Dentro de los factores preponderantes a considerar en la selección son: ·. Complejidad en su construcción. ·. Mantenimiento. ·. Disponibilidad de materiales. ·. Tiempos de trabajo. Ponderación de factores 1.6.3.2.1 Complejidad en la construcción Se basa en la facilidad de construcción del equipo, dependerá de las características físicas de diseño y de los materiales con los cuales será fabricada. Factor de ponderación 10/10 1.6.3.2.2 Mantenimiento El diseño y construcción de la máquina, permite su fácil mantenimiento, ahorrando tiempos y recursos, debido a que la persona encargada de su mantenimiento podrá montar y desmontar todas las piezas del equipo cuando este requiera de su reparación. Factor de ponderación 10/10.

(34) 23. 1.6.3.2.3 Disponibilidad de materiales En la construcción de la máquina se priorizo el uso de materiales de origen ecuatorianos, por su fácil acceso y sus diferencias en costos. Factor de ponderación 10/10 1.6.3.2.4 Tiempos de trabajo Se considera la facilidad de disminuir tiempos de trabajo, con el tipo de máquina seleccionada, se lograra disminuir en gran porcentaje los tiempos muertos en el rematado de soldadura. Factor de ponderación 10/10 1.6.3.2.5 Alternativa más factible La alternativa más viable a construir es la que luego de comparar entre los factores de construcción de cada uno de los posicionadores comerciales, está sea la que requiera menor dificultad para su fabricación los valores se presentan en la Tabla 1.8. Tabla.1.8. Datos de ponderación para selección de prototipo horizontal ALTERNATIVAS FACTORES DE PONDERACIÓN Complejidad en su construcción Mantenimiento Disponibilidad de materiales Tiempos de trabajo TOTAL MÁQUINA SELECCIONADA. PONDERACIÓN ALTERN. 1 10 10 10 10 40. ALTERN. 2 8 9 8 7 6 6 8 10 30 32 30 32. Para la construcción del prototipo horizontal, se tomara en cuenta los sistemas de desplazamiento constante, y transmisión mecánica, que son recolectados visualmente de las alternativas 1 y 2..

(35) 24. 1.7 ANALISIS DE FLEXIÓN En la fabricación de los posicionadores se realizó un análisis de estructuras para determinar si el prototipo no sufrirá flexión por la fuerza que ejerce el peso de los componentes, a mover. 1.7.1 VON MISES .Es por esta razón que se usara el criterio de tensiones de von mises (SolidWorks) el cual se explica a continuación. Flexión: Si una barra está sometida a la acción de una fuerza, perpendicular a su eje mostrado en la Figura 1.19, se doblara y considerando la flexión pura, sufre una tensión longitudinal variable, de valor máximo que se presenta en la ecuación 1.1.: [17] !"# = $ ±. % &. (!1.!1)!. Dónde:! M=!momento!flector! W=momento!resistente!de!la!barra.!. Figura 1.19. Flexión de materiales [17]. La teoría expone que un material flexible comienza a ceder en una ubicación cuando la tensión de von Mises es igual al límite de tensión. En la mayoría de los casos, el limite de tensión es considerado el limite elástico. Sin embargo, el.

(36) 25. software le permite utilizar el límite de tensión de tracción/ruptura o establecer su propio límite de tensión.. SvonMises$'$Slimit!. (!1.2)!. Dónde:! S=!tensión. El límite elástico es una propiedad dependiente de la temperatura. Este valorespecificado del límite elástico debe considerar la temperatura del componente.. 1.8 ESTADO ACTUAL DEL PROCESO DE SOLDADURA MIG EN LA EMPRESA INDIMA S.A. Indima S.A. es fabricante de sistemas de escape para vehículos, motocicletas, además esta incursionado en la producción de otros productos entre ellos el que se pretenden mejorar a su estado final en la soldadura, como es el termo tanque (tanque calentador de agua eléctrico). Los productos a mejorar tienen la forma cilíndrica metálica de acero ya sea acero aluminizado o acero inox AISI 304. 1.8.1 PRODUCTOS FABRICADOS ·. Silenciador Chevrolet SAIL (SGM 308).. ·. Pre silenciador Chevrolet SAIL (SGM 318). ·. Pre silenciador 3 er tramo Suzuki SZ (J3 -2.0 y 2.4). ·. Resonadores. ·. Termo tanque. ·. Tanque hidroneumático. ·. Silenciadores de motocicletas.

(37) 26. 1.8.1.1 Silenciador Chevrolet Sail (SGM 308) Silenciador construido de lámina de acero inoxidable ASTM A36 de longitud 300 mm, un diámetro 150 mm y espesor de 1.5 mm, esta lamina de acero se la lleva a una máquina baroladora que se encarga de cilindrar este cuerpo, luego pasa a la máquina soldadora electro punto para darle puntos de sujeción que servirán para fijar el traslape de la lámina, posteriormente el proceso de soldadura MIG, en la cual el posicionador circular lleva a cabo su trabajo de forma continua y constante. En la Figura 1.20, que se muestra el silenciador ya rematado en su perfil circular de diámetro de 150 mm, para este modelo se soldara el perfil circular.. Figura 1.20. Silenciador SAIL (SGM 308). 1.8.1.2 Pre silenciador Chevrolet SAIL (SGM 318) Silenciador construido de lámina de acero inoxidable ASTM A36 de longitud 450 mm, un diámetro 150 mm y espesor de 1.5 mm, esta lamina de acero se la lleva a una máquina baroladora que se encarga de cilindrar este cuerpo, luego pasa a la máquina soldadora electro punto para darle puntos de sujeción que servirán para fijar el traslape de la lámina, posteriormente el proceso de soldadura MIG, en la cual el posicionador circular lleva a cabo su trabajo de forma continua y constante. En la Figura 1.21, que se muestra el silenciador ya rematado en su perfil circular de diámetro de 150 mm, para este modelo se soldara el perfil circular..

(38) 27. Figura 1.21. Silenciador Sail (SGM318). 1.8.1.3 Pre silenciador 3 er tramo Suzuki SZ (J3 -2.0 y 2.4) En la construcción de pre silenciadores para el vehículo Gran vitara SZ existen dos tipos, de acuerdo al cilindraje del motor. El la Figura 1.22 se puede observar estos dos tramos ya ensamblados. Para el de motor 2.0 las dimensiones en las que se va a usar el posicionador de soldadura horizontal es 400 mm de soldadura constante y con el posicionador circular un diámetro de 120mm o sea 376.99 mm, de contorno continuo de soldadura, en un espesor de 1.5 mm. (!1.3)!. L=(d. !. !. !. !. d=diámetro! !. !. !. Donde!! L=perímetro! !. !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!P=(*120!. P=376.99!mm! Mientras que para el de motor de cilindraje 2.4 las dimensiones a en las que se va a usar el posicionador horizontal es de 510, de soldadura constante y para el.

(39) 28. posicionador circular un diámetro de soldadura de 140 , perímetro 439.82 , en un espesor de 1.5.. Figura 1.22. SUZUKY SZ (J3 2.4 – 2.0). 1.8.1.4 Resonadores Para la construcción del resonador mostrado en la Figura 1.23, se usa tubo metálico ASTM 304, de longitud de 600 y 400 mm,dependiendo del cilindraje del motor, este tiene un diámetro de 120 mm los cuales serán rematados por el posicionador circular en un perímetro de 376.99 mm , en un espesor de 1.5 mm. Este producto sirve para incrementar el sonido del motor a la salida del sistema de escape.. Figura 1.23. Resonador de 600 y 400 [mm].

(40) 29. 1.8.1.5 Termo tanque En la construcción del termo tanque, presentado en la Figura 1.24, se usara el posicionador horizontal para la soldadura constante de una longitud de 1011mm mientras que con el posicionador circular se lograra hacer la soldadura de un diámetro de 422 mm, siendo de esté el perímetro de 1325.75 mm, logrando de esta manera unir las tapas con el cuerpo cilíndrico, en un espesor de 1.5 mm, en acero inoxidable AISI 304.. Figura 1.24.Termo tanque (tanque calentador eléctrico de agua). 1.8.1.6 Tanque hidroneumático En el proceso de soldadura MIG, del tanque hidroneumático de espesor de 2mm, se usara el posicionador horizontal para juntar su contorno en una longitud de 500 mm, mientras que para unir las tapas se usara el posicionador circular, para hacer una soldadura uniforme en un diámetro de 400 mm, dando un perímetro de soldadura constante de 1256.63 mm. Este tanque mostrado en la Figura 1.25 será construido en material acero inox AISI 304, para luego ser recubierto con pintura electrostática para evitar su deterior externo..

(41) 30. Figura 1.25. Tanque hidroneumático. 1.8.1.7 Silenciadores de motocicletas Silenciadores de motocicletas, están construidos acero laminado al frio ASME A36 espesor de 1.1 mm estos silenciadores tienen distintas formas dependiendo del cliente, pueden ser cónicas, cilíndricas, ovaladas, etc. En este proceso puede ser necesario la soldadura circular, lineal o una de las dos a la vez. Ya que existe una diversidad de modelos, entre los que podemos citar: ·. SHINERAY XY 223. Longitud de soldadura Lineal 280 mm y un diámetro de 100 mm. En la Figura 1.26 se muestra silenciador de motocicleta XY 223.. Figura 1.26. Silenciador de motocicleta Shineray XY 223. ·. SHINERAY XY 150I Longitud de soldadura Lineal 430 mm .en la Figura 1.27, se muestra un silenciador de la motocicleta SHINERAY XY 150I..

(42) 31. Figura 1.27. Silenciador Shineray XY150I. ·. MOTOR 1 FX Longitud de soldadura Lineal 280 mm y un diámetro de 100 mm. En la Figura 1.28 se puede observar el silenciador de la motocicleta.. Figura 1.28. Silenciador de MOTOR 1 FX. 1.9 REMATADO MIG Para la juntura o rematado MIG de todas estas piezas metálicas se procede en la actualidad de manera, totalmente manual, realizando esta actividad en una mesa metálica y con lo que tengan a la mano sirviéndose de esto como base de apoyo, lo que con lleva, posiciones incomodas para realizar su trabajo, cansancio físico,.

(43) 32. falta de ergonomía, calidad baja en la soldadura, etc. Con la ayuda del posicionador de soldadura, se lograra la calidad del producto final y se evitara el desgaste y cansancio excesivo del operador a más de la reducción de tiempos en la producción, generado de esta manera mayor rentabilidad para la empresa. En la Figura 1.29 se observa la manera de rematado actual de secciones lineales.. Figura 1.29. Rematado de partes..

(44) 33. CAPÍTULO 2 METODOLOGÍA En el presente capítulo se describe lo referente al diseño mecánico, eléctrico y programa de control, para esto se presentan los componentes que conforman el mismo y de cada una de sus partes se analizan sus características.. 2.1 DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DEL PROTOTIPO Para la construcción del prototipo mecánico del posicionador circular, mostrado en la Figura 2.1, se tomó como punto de partida, los posicionadores comerciales, presentados en el capítulo introductorio. 2.1.1 PROTOTIPO MECÁNICO POSICIONADOR CIRCULAR En la construcción del prototipo mecánico del posicionador circular, mostrado en la Figura 2.1, se tomó como punto de partida, los posicionadores comerciales, presentados en el capítulo introductorio. Partiendo de las mesas posicionadoras semejantes, existentes en el mercado y tomando en cuenta lo recursos económicos. disponibles. para. la. construcción. de. esta. maquina. , se determinaron las principales características que debe poseer la mesa posicionadora en dos ejes, tales como:. Figura 2.1. Prototipo mecánico, posicionador circular..

(45) 34. ·. Un eje de rotación. ·. Diámetro del disco de la mesa posicionadora: 505 mm 0,505 m. ·. Capacidad máxima de carga 100 kg (980 N). ·. Velocidad angular máxima de rotación es de 15 (Rev./min). ·. Angulo de rotación 359°. En base a estas características generales de la mesa posicionadora, se diseñaron los componentes de la misma que para su ilustración son mostrados en milímetros (mm). Tabla 2.1. Partes constitutivas. Posicionador circular Parte 1 2 3 4 5 6 7 8. Nombre Mesa porta productos Disco dentado Piñón Motriz Chumaceras Sujetador de chumaceras Base de elevación Base inferior Eje sujetador. Descripción Disco metálico de espesor 12 mm Piñón de diámetro 320 mm Piñón de diámetro 40 mm Seal master FT23 Tubo metálico 100x50x2 mm Placa metálica 8 mm Tubo metálico 100x50x2 mm Eje metálico de diámetro 48 mm. Para calcular la potencia necesaria para el funcionamiento del eje de rotación, se tomó en cuenta la carga máxima y la velocidad máxima. En este caso específico se tiene como peso máximo Tabla 2.2. Carga sobre el posicionador circular Peso Carga a soportar Mesa porta producto Disco dentado Termo tanque Total. kg 21 17 18 56. Los productos destinados al uso del posicionador circular son: silenciadores Chevrolet SAIL, pre silenciador Chevrolet SAIL, resonadores, etc., los cuales tienen un peso aproximado de 56 kg, se asume la carga del termo tanque, por ser.

(46) 35. el producto de mayor peso a soportar 18 kg y se toma un valor mayor al resultante igual a 60 kg. La carga sobre el posicionador es calculado con la ecuación 2.1. F=m*g!. (!2.1)!. Dónde:! F=Símbolo!de!peso!(N)! m=Símbolo!de!masa!(kg)! g=Símbolo!de!la!aceleración!de!la!gravedad!(m/s2)! N=!Newton! F=60(kg)!*!9/8(m/s2)! F=588!kg*m/s2 F=588!N! El torque (momento) de rotación es calculado con la ecuación 2.2. T=F*d! Dónde:! T=Torque!(Nm)!! d=Distancia!excéntrica!(m)!(Figura!2.2)! m=metro! w=Capacidad!máxima!de!carga! !. T=!588!N!*!d! !!!!!!!!!!!T!=!588!N!*!(0.505!/!2)!m! !!!!T=!588!N!*!(0.252)!m!. !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!T=!148,!17!Nm!. Figura 2.2. Distancia excéntrica. (!2.2)!.

(47) 36. Finalmente, se calculó la potencia necesaria para el funcionamiento del eje de rotación de la mesa posicionadora con la Ecuación 2.3.. P!=!T!*!)!. (!2.3)!. Dónde:! P=!Potencia!total!requerida.! )$=$Velocidad$angular$máxima.! !!!!!!!!!!!!!!P=$T$*$)! + = 148.17$," - 15 - $. /36 2; 1$"9: "9: 1$/36 <0$>3?. !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!P=!232.75!W! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!P=!0.232!kW! Por lo tanto es necesaria una potencia de 0.232 kW y un torque de 148.17 Nm para el funcionamiento del eje de rotación, cabe resaltar que se asume el trabajo de la máquina estará trabajando a su máxima capacidad. En la Tabla 2.3 se muestra las características del motor de inducción que fue proporcionado por la empresa pero que sin embargo cumple con los requerimientos para este proyecto. Tabla 2.3. Motor inducción circular Motor trifásico Marca: CMS Voltaje V. Corriente A. Tipo: M63B4 Potencia kW. CosȈ Vel. rpm. 230. 1.1. 0.18. 0.68. 1620. 460. 0.7. 0.18. 0.58. 1620. En las especificaciones del motor se observa que tiene una velocidad de 1620 rpm y lo necesario para esta parte del proyecto es de 15 rpm; por lo tanto se necesita reducir la velocidad mediante la inclusión de un reductor de velocidad mecánico, para aumentar el torque y de esta manera cumplir con lo requerido en el diseño. Se coloca un moto reductor de velocidad mostrado en la Tabla 2.4 de las siguientes características, de esta manera se llega a los requerimientos del.

(48) 37. proceso. A demás de debe tomar en cuenta que el sistema implementado incluirá llevara un variador de velocidad, para su control de velocidad dependiendo del producto a soldar. Tabla 2.4.Motoreductor. Marca SN TIPO I. Reductor VARVEL 106927 SRT04000SG319 100. 2.1.1.1 Mesa porta producto La mesa porta producto mostrada en la Figura 2.3 con sus dimensiones mostradas en milímetros, está basada en un plato metálico que formaba parte de una máquina obsoleta, la cual al encontrarse en estado óptimo y cumplir con las medidas requeridas por el producto de mayor dimensión 422 mm con un espesor de 12 mm, cumple las necesidades para esta aplicación. El detalle de la mesa porta producto, se muestra en el ANEXO A.. Figura 2.3. Mesa porta producto. 2.1.1.2 Disco dentado El movimiento de la mesa porta productos, fue conseguido mediante un disco dentado (piñón), trasmitirá el movimiento realizado por el motor eléctrico. El plano en detalle de la Figura 2.4, será adjuntado en el anexo A. Para este caso especial.

(49) 38. se usa un piñón de diámetro de 305 mm con un módulo 2.5 de paso entre dientes y espesor de 25 mm. El detalle del disco dentado se muestra en el ANEXO A.. Figura 2.4. Disco dentado. 2.1.1.3 Piñón motriz Para conseguir el movimiento de la mesa porta producto, fue necesaria la fabricación. de. un. piñón. con. el. mismo. paso. del. disco. dentado.. El. dimensionamiento de esta pieza obedece a la ecuación 2.4, que para transmitir y controlar la velocidad del posicionador es necesario un piñón de diámetro exterior de 40 mm, mostrado en la Figura 2.5.. m=D_e/(z+2)!. (!2.4)!. Dónde:! m=!módulo.! De=!Diámetro!exterior.! Z=!número!de!dientes.! $$$$$@ =. @=. AB C 2" " 40 C 5 2.5. @ = 14$D93:E3> De esta manera se construyó un piñón de diámetro externo de 40 mm, modulo 2.5 y altura de 35 mm.El cual será colocado sobre el eje del moto reductor mecánico. El detalle del piñón, se muestra en el ANEXO A.

(50) 39. Figura 2.5. Piñón Motriz. 2.1.1.4 Chumaceras Para realizar el movimiento sin ninguna clase de restricción en el eje, se coloca un par de chumaceras sobre una base rectangular, que al mismo tiempo, mantendrá la perpendicularidad entre la base y el eje. Para la selección de la chumacera mostrada en la Figura 2.6, se toma en cuenta la forma cónica del eje el cual empieza con diámetro 48 mm en el plato porta productos, y termina con 35 mm en el ingreso a la chumacera las características se presentan en la Tabla 2.5. Se realiza una grada para apoyar el eje sobre la chumacera para de esta manera reducir al máximo la fricción entre los mismos. [18]. Figura 2.6. Chumacera [18].

(51) 40. Tabla 2.5. Especificaciones técnicas Chumacera Chumacera FT-23 SEAL MASTER Largo "A" Ancho "J" Altura "E" PULGADAS 6 1/8 3 3/4 1 3/4 MILIMETROS 155,57 95,25 44.5. Diámetro eje 35. 2.1.1.5 Sujetador de chumaceras El dimensionamiento de esta pieza mecánica se basa en el tamaño de las chumaceras elegidas anteriormente. Para lograr robustez y firmeza se elige un tubo rectangular metálico de 100x50 x3 mm, con una longitud de 350 mm, el cual es de fácil adquisición y de bajo costo. Para comprobar que estos materiales resistirán a la carga sometida se realiza un estudio estático, sometiéndole a una fuerza de 588 N. El análisis se realiza con la ayuda de SolidWorks. El estudio muestra que al tener una longitud de 350 mm y debido a la robustez del tubo, esta pieza no presentara ninguna deformación con la carga a soportar. En este análisis se usa el factor de seguridad de Von Mises (SolidWorks), el cual en la Figura 2.7 presenta un valor mínimo de 28,7(color rojo), lo que demuestra que con el tubo utilizado la máquina soporta su propio peso y la del producto que se le coloque sobre ella.. Figura 2.7. Análisis estático sujetador de chumaceras.

(52) 41. 2.1.1.6 Base de elevación La base de elevación mostrada en la Figura 2.8, consta de dos placas de acero de 8 mm de espesor, cuya altura fue asumida considerando la altura promedio de los operadores, Esto evita un cansancio físico excesivo al cargar el producto para soldar. Los planos de esta pieza se presentan en ANEXO A. Figura 2.8. base de elevación. 2.1.1.7 Base inferior En la construcción de la base mostrada en la Figura 2.9, se usa tubo cuadrado de acero 50 x 50 x 3 mm, de tal manera que esta no exceda las dimensiones del plato porta productos, evitando así posibles golpes en los operadores, al realizar las operaciones de montaje de los productos. Los planos de la base se presentan en ANEXO A.. Figura 2.9. Base inferior.

(53) 42. 2.1.1.8 Eje sujetador Para la construcción del eje mostrado en la Figura 2.10, se toma en cuenta el diámetro interno de 48 mm de la mesa porta producto para la parte superior de la pieza mientras que para la parte inferior se reduce hasta la medida del diámetro de la chumacera de 35 mm. Para determinar la longitud se sumó todas las alturas de los elementos constitutivos del posicionador. Los planos del eje se presentan en el ANEXO A.. Figura 2.10. Eje sujetador.

(54) 43. 2.1.2 PROTOTIPO MECÁNICO POSICIONADOR HORIZONTAL La construcción del posicionador horizontal mostrado en la Figura 2.11, se basa en una estructura mecánica que se desplazara en el eje X, sobre una base fija. Esta estructura móvil llevara en su base la porta antorcha el cual podrá ser calibrado manualmente con manivelas y tornillos sin fin, en los ejes Y, Z. De esta manera se lograra posicionar la punta o antorcha de soldadura sobre lo que se desea soldar y poder hacer repetitivo el proceso. En la Tabla 2.6 se muestra los componentes principales del posicionador horizontal.. Figura 2.11. Posicionador Horizontal.

(55) 44. Tabla 2.6. Partes posicionador horizontal. Parte 1 2 3 4 5 6 7. Posicionador horizontal Nombre Descripción (mm) Base Fija Tubo rectangular 60 x 40 x 3 Parantes de soporte de Bases Tubo cuadrado 100 x 100 x 2 Base móvil Placa de acero astm 36 , espesor 10 Tornillos de calibración Perfil en c 100 x 50 x2 , perno 3/4 UNC Porta antorcha de soldadura Placa de aluminio Porta cables Tubo cuadrado 30x30x2 Sistema de transmisión eje X Cremallera y Piñón metálicos. 2.1.2.1 Base fija Para la construcción de la base fija mostrada en la Figura 2.12 se considera varios aspectos, como son adquisición, complejidad de tratamiento mecánico y costos. Tomando en cuenta los costos de material, se define el tubo de acero negro rectangular de 60x40x2, por ser material de uso común en la empresa y de fácil adquisición. En la Tabla 2.7. se describe cada ítem utilizado para la construcción de la base fija y el detalle de esta parte se adjunta en el ANEXO B. Figura 2.12 (a) Vista superior, (b) vista lateral Tabla 2.7 .Descripción de materiales para base fija. ITEM 1 2 3 4. BASE FIJA DESCRIPCIÓN ( mm ) Tubo rectangular 60x40x2, largo 2500 Tubo rectangular 60x40x2, largo 2430 Tubo rectangular 60x40x2, largo 220 Tubo rectangular 60x40x2, largo 100. UNIDADES 2 2 2 6.

(56) 45. Para comprobar su resistencia se realizó el estudio estático mediante el programa SolidWorks con la ayuda del factor de seguridad de Von Misses se demostró que la estructura (base fija), soporta el peso total a la que es sometida. La definición del peso total se realizó tomando en cuenta los pesos de los elementos que soporta la estructura. Estos pesos fueron medidos mediante una balanza SISBAL, cuyos valores se detallan a continuación en la Tabla 2.8. Tabla 2.8. Peso base móvil Peso base móvil Partes Placas laterales Motor y base metálica Perno de calibración Z Perno de calibración Y Base y cilindro Porta antorcha de soldadura Total. KG 9.7 22.8 6.6 8.1 1.9 1.17 50.27. Libras 21.6 50.2 14.6 17.8 4.2 2.6 111. Como se puede observar en la Tabla 2.8, se tiene un peso de 111 lb (50.27 kg), que soporta la estructura que se desea analizar, se calcula la fuerza neta que recae sobre este en un segmento de la estructura debido a que las partes más críticas son las partes donde no tiene pedestal. Para realizar el cálculo de la fuerza que aplasta a la estructura ver Figura 2.13, se considera un valor superior al real (60 kg).. F=m*g! Dónde:! F=!fuerza!(N)! m=!masa!(kg)! g=gravedad!(m/s2)! $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$F = <0$G? - H.8$I"N> J K $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$F = 588$G? - I"N> J K $F = 588$,. (!2.5)!.

(57) 46. Figura 2.13. Análisis estático base fija. Para realizar el análisis de Von Misses, se toma un tramo de 1055 mm de la estructura en la parte más propensa a sufrir fatiga, al no contar con pedestal de soporte.. Figura 2.14. Análisis estático base fija.. Se encuentra un factor de seguridad de 7, lo cual implica que puede colocar 7 veces más la fuerza. Se el factor de seguridad de Von Mises (SolidWorks), En la Figura 2.14 presenta un valor mínimo de 7.28 (color rojo), lo que demuestra que con el tubo utilizado, la base soporta todo el conjunto de elementos que tiene sobre ella..

Figure

Figura 1.8. Conector EURO posterior [8]

Figura 1.8.

Conector EURO posterior [8] p.18
Tabla 1.2. Parámetros técnicos de posicionadores para soldadura tipo HBJ

Tabla 1.2.

Parámetros técnicos de posicionadores para soldadura tipo HBJ p.26
Tabla 1.3. Parámetros técnicos de posicionadores para soldadura tipo U  PARÁMETROS TÉCNICOS POSICIONADOR TIPO U

Tabla 1.3.

Parámetros técnicos de posicionadores para soldadura tipo U PARÁMETROS TÉCNICOS POSICIONADOR TIPO U p.27
Figura 1.15. Mesa circular tipo U [13]

Figura 1.15.

Mesa circular tipo U [13] p.27
Figura 1.22. SUZUKY SZ (J3 2.4 – 2.0)  1.8.1.4  Resonadores

Figura 1.22.

SUZUKY SZ (J3 2.4 – 2.0) 1.8.1.4 Resonadores p.39
Figura 1.23. Resonador de 600 y 400 [mm]

Figura 1.23.

Resonador de 600 y 400 [mm] p.39
Figura 1.27. Silenciador Shineray XY150I

Figura 1.27.

Silenciador Shineray XY150I p.42
Figura 1.29. Rematado de partes.

Figura 1.29.

Rematado de partes. p.43
Figura 2.1. Prototipo mecánico, posicionador circular.

Figura 2.1.

Prototipo mecánico, posicionador circular. p.44
Figura 2.7. Análisis estático sujetador de chumaceras

Figura 2.7.

Análisis estático sujetador de chumaceras p.51
Figura 2.11. Posicionador Horizontal

Figura 2.11.

Posicionador Horizontal p.54
Figura 2.12  (a) Vista superior, (b) vista lateral  Tabla 2.7 .Descripción de materiales para base fija

Figura 2.12

(a) Vista superior, (b) vista lateral Tabla 2.7 .Descripción de materiales para base fija p.55
Figura 2.13. Análisis estático base fija

Figura 2.13.

Análisis estático base fija p.57
Figura 2.14. Análisis estático base fija.

Figura 2.14.

Análisis estático base fija. p.57
Tabla 2.31.Interruptor termo magnético, monofásico  Interruptor Termo Magnético Monofásico

Tabla 2.31.Interruptor

termo magnético, monofásico Interruptor Termo Magnético Monofásico p.81
Figura 2.41. Diagrama esquemático de control

Figura 2.41.

Diagrama esquemático de control p.82
Figura 2.42. Diagrama de fuerza  2.2.3  TABLEROS ELECTRICOS

Figura 2.42.

Diagrama de fuerza 2.2.3 TABLEROS ELECTRICOS p.85
Figura 2.44. Tablero principal

Figura 2.44.

Tablero principal p.86
Figura 2.45. Interior del tablero principal  Tabla 2.34. Elementos del tablero principal .

Figura 2.45.

Interior del tablero principal Tabla 2.34. Elementos del tablero principal . p.87
Figura 2.57. Diagrama de flujo pantalla Posicionador Horizontal

Figura 2.57.

Diagrama de flujo pantalla Posicionador Horizontal p.97
Figura 3.6. Prueba salida de PLC

Figura 3.6.

Prueba salida de PLC p.103
Figura 3.7. Prueba de entrada de PLC

Figura 3.7.

Prueba de entrada de PLC p.104
Figura 3.15. Pruebas posicionador circular.

Figura 3.15.

Pruebas posicionador circular. p.109
Tabla  3.3 Valores de velocidad dependiendo de la escala ingresada en la pantalla.

Tabla 3.3

Valores de velocidad dependiendo de la escala ingresada en la pantalla. p.110
Tabla 3.4. Valores de velocidad dependiendo de la escala ingresada en la pantalla

Tabla 3.4.

Valores de velocidad dependiendo de la escala ingresada en la pantalla p.111
Figura 3.17. Pruebas pantalla mantenimiento

Figura 3.17.

Pruebas pantalla mantenimiento p.112
Tabla 3.6 Costos mecánicos  MATERIA PRIMA MECANICA  Elementos ( mm)  Cantidad  Precio unitario

Tabla 3.6

Costos mecánicos MATERIA PRIMA MECANICA Elementos ( mm) Cantidad Precio unitario p.119
Figura C.2. Gabinete principal  Modo de operación

Figura C.2.

Gabinete principal Modo de operación p.143
Figura C.3. Secuencia de operación.

Figura C.3.

Secuencia de operación. p.144
Figura C.4 Secuencia de operación.

Figura C.4

Secuencia de operación. p.145

Referencias

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