Diseño de Holders para Manufactura y Pruebas de Calidad en Arneses Automotrices
Diseño de Holders para Manufactura y Pruebas de Calidad en Arneses Automotrices
Diseño de Holders para Manufactura y Pruebas de Calidad en Arneses Automotrices
Se hablara del diseño asistido por computadora (CAD) y la manufactura asistida por
computadora (CAM), que es una disciplina encargada del estudio del uso de sistemas
informáticos como herramienta de soporte en todos los procesos involucrados en el
diseño y la fabricación de cualquier tipo de producto. Esta disciplina se ha convertido
en un requisito indispensable para la industria actual que se enfrenta a la necesidad de
mejorar la calidad, disminuir los costes y acortar los tiempos de diseño y producción.
La única alternativa para conseguir este triple objetivo es la de utilizar la potencia de las
herramientas informáticas actuales e integrar todos los procesos, para reducir los
costes (de tiempo y dinero) en el desarrollo de los productos y en su fabricación.
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2. JUSTIFICACIÓN.
El diseño de los holders, así como cada una de las actividades que se requieren para
realizar dicho prototipo, y como hacerlo funcionar serán detallados más adelante
conforme el desarrollo de este documento.
Los factores que favorecen la implantación del CNC, entre los más importantes
podemos citar los siguientes:
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3. OBJETIVOS: GENERALES Y ESPECIFICOS.
Objetivo general:
Hacer uso del Solidworks y de los conocimientos de maquinado para realizar el diseño
mecánico de holders, posteriormente su fabricación y ensamble, asegurándose que
cumplan con las especificaciones del plano y con los requerimientos para los cuales fue
diseñado.
Diseño y fabricación de elementos mecánicos, refacciones y fixtures para las áreas de
ingeniería, todo con el fin de reducir los gastos extras que se producen al comprar
estos mismos por fuera de la empresa. Incrementar la producción, hacerla más
económica reduciendo perdidas de material y de tiempo.
Objetivo específico:
Hacer los diseños que terminen en prototipos funcionales, tomando en cuenta los
materiales del almacén con los que se cuenta la empresa.
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Este departamento representa un ahorro económico anual para la empresa, ya que
satisface con las necesidades sin tener que recurrir a fabricantes externos, perder
tiempo y gastos por envíos; contando con esta maquinaria, con el área de diseño,
programadores y técnicos CNC, el maquinado y la fabricación de una variedad de
holders o fixtures se vuelve algo sencillo. Se cuenta también con la colaboración de
técnicos para ensamble mecánico y ensamble eléctrico que son también un filtro de
calidad para el prototipo.
Para la empresa es de vital importancia ya que tiene gran impacto pues contribuye para
la reducción de costos; con solo abastecerse del material necesario se dispone a auto
satisfacer las necesidades que se presenten.
5. PROBLEMAS A RESOLVER
a) El primero y más importante fue diseñar y fabricar holders para diferentes tipos
de conectores, verificando que cumplan con las siguientes especificaciones:
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6. ALCANCES Y LIMITACIONES.
Tanto los diseñadores como técnicos de las máquinas CNC necesitan disponer de los
siguientes conocimientos y habilidades:
Se contó con un almacén surtido del material necesario para fabricar los holders
diseñados. Entre los materiales disponibles estaban los siguientes: Delrin, latón,
aluminio, G10, acrílico, pines, tornillería
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Se proporcionaron los Instrumentos necesarios para realizar medidas de diámetros
internos, externos, radios, ángulos, profundidades, equipo de seguridad, las
herramientas para maquinado, software de diseño
Se hiso uso del software Solidworks ya que integra un gran número de funciones
avanzadas para facilitar el modelado piezas, crear ensamblajes, generar planos y otras
funcionalidades que permiten validar, gestionar y comunicar proyectos de forma rápida,
precisa y fiable facilitando el diseño de holders y de fixtures que se llegaran a ocupar
en las áreas de ingeniería. Este software permite visualizar, editar, eliminar y actualizar
cualquier operación realizada en una pieza de forma bidireccional entre todos los
documentos asociados
Para las operaciones de maquinado el jefe de taller asigno a un técnico para que
realizara la fabricación de las piezas en CNC.
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7. FUNDAMENTO TEORICO.
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Así pues, las aplicaciones del CAM se dividen en dos categorías:
Control: supone un paso más allá que la supervisión, ya que no solo se observa
el proceso, sino que se ejerce un control basándose en dichas observaciones.
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7.3 ¿Qué es una maquina CNC?
Las máquinas CNC son capaces de mover la herramienta al mismo tiempo en todos
sus ejes para ejecutar trayectorias tridimensionales como las que se requieren para el
maquinado de complejos moldes y troqueles. Una vez programada la máquina, ésta
ejecuta todas las operaciones por sí sola, sin necesidad de que el operador esté
manejándola. Esto permite aprovechar mejor el tiempo del personal para que sea más
productivo.
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7.3.1 Ventajas y desventajas CNC
Ventajas:
Reduce la intervención y fatiga del operador en la producción de piezas
dejándole tiempo libre para hacer otras tareas, trayendo de esta forma
beneficios como: disminución de errores humanos, tiempo de maquinado
consistente y predecible para cada pieza, se genera una gran productividad
debido a que todas las operaciones se realizan de forma automática sobre la
pieza, reduciendo tiempos muertos.
Flexibilidad, lo que significa que elaborar piezas diferentes es muy fácil, como
estas máquinas se operan desde programas, al operar una pieza de trabajo
diferente es tan fácil como cargar un programa diferente, por ejemplo una vez
elaborado un programa se verifica y ejecuta para la primera producción, será
fácil llamarlo la siguiente vez que la pieza de trabajo se requiera hacer,
únicamente cargando el programa.
Desventajas:
Elevado costo de accesorios y maquinaria.
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7.4 Conector eléctrico
Posee cavidades para el asentamiento de terminales, están hechos para impedir que
se conecten de manera incorrecta, conectando terminales donde van otras, y tener
mecanismos de bloqueo para asegurar que están perfectamente asentadas y no
puedan soltarse o salirse.
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7.5 Arnés automotriz
7.6 Holder
Es una herramienta que sirve en la manufactura del arnés y para comprobar que sea
de calidad el sistema eléctrico de un automóvil, esto antes de su ensamble, en el cual
se verifica la continuidad y que este cuente con cada uno de sus conectores,
aditamentos y que este funcione al 100%. Los holder facilitan las actividades y los
procesos de ensamble, además de detectar más y mejor los defectos de calidad.
Son montados en tableros utilizados en producción y según su uso se diferencian en
holder de ruteo y de prueba eléctrica.
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7.6.1 Holder de ruteo
Son holders simples de solo cavidades, que se usan como guía para facilitar al
operador la manufactura del arnés, forman parte del tablero de ruteo. Dependiendo la
magnitud del tablero y la demanda en cantidad de piezas que se deben producir, se
realizan grupos de tableros, ya sea de uno o dos tableros, para que sean trabajados en
estaciones fijas, o de cuatro o más tableros para que sean trabajados en un conveyor
giratorio.
Son holders más complejos en su diseño, estos se diferencian de los de ruteo en que
poseen pines y activadores, cumplen con la función de probar la continuidad en los
arneses que dentro de la empresa se manufacturan.
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Las pruebas eléctricas de los arneses se realizan en tableros previamente fabricados
en el taller de la planta, los cuales primero son validados por los ingenieros de
manufactura, y luego son diseñados CAD, se mandan las plantillas al taller, para que
sean fabricados y cableados para que salgan a producción.
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7.8 Componentes de un holder
Los materiales que son utilizados en la fabricación de los holders son los siguientes:
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Están compuestos por un socket y un pin probe que varía en forma y en dimensiones
de su cabeza, con el fin de colocarse a las terminales sin ningún problema
Hay gran variedad de pines, las dimensiones disponibles fueron las siguientes:
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d) Activadores. Son similares a los pines solo que estos cumplen con la función de
detectar candados secundarios o cuñas, funciona como un micro interruptor, su
offset o profundidad de inserción es de 3mm
e) Tornillos. Los tornillos utilizados en el ensamble fueron tipo socket y las medidas
disponibles fueron las siguientes:
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f) Candados
Candado vertical: son piezas prefabricadas, tienen la vetaja de que por ser instertos
permiten utiliar las herramientas a mas prufundidad.
Clamp: son utilizados en conectores te gran tamaño por tener mayor fuerza de
candadeo.
Existe otra forma de candado, utilizando tornillos shoulder y resortes, consiste en una
pieza con la silueta del conector que lo fije al momento de cerrar, utilizado en
conectores que tengan partes moviles dificiles de detectar.
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7.9 Terminología o conceptos básicos usados en el área de maquinado
Poka-yoke. (En japonés a prueba de errores) es una técnica de calidad que se aplica
con el fin de evitar errores en la operación de un sistema, solo permite conectar las
piezas de la forma correcta, si lo intentas conectar al revés o en sitio equivocado las
piezas no encajaran. Por ejemplo, el conector USB es un poka-yoke puesto que no
permite conectarlo al revés.
Sistema absoluto: Es aquel que toma como referencia un solo plano de trabajo, o un
sistema de coordenadas fijo donde todas las coordenadas programadas serán
acotadas desde un punto de referencia siendo este el origen de un sistema de
coordenadas cartesiano, para definir cualquier perfil de pieza de trabajo.
Velocidad de corte: implica que tan rápido puede la herramienta avanzar cortando
material, entonces se puede definir como la distancia o la longitud que una herramienta
corta por minuto. La velocidad de corte tiene como finalidad proporcionar una larga vida
de duración al filo de la herramienta, estos valores los determinan los productores de
herramientas y materiales.
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7.9.1 Herramientas de fresado
Fig.22 Rimas
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Fig.23 Tipos de fresas
Countersinks. Utilizado para centros y chamfer que es una operación muy común,
consiste en matar los cantos o rebaba tanto exteriores como interiores para evitar
cortes con los mismos y facilitar su manipulación
Fig.25 Countersinks
Machuelo. Utilizado para hacer roscado interno, para crear cuerdas roscadas en la
pieza. Los diferentes tamaños y pasos dependen del tamaño del machuelo
Fig.26 Machuelo
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8. PROCEDIMIENTO Y DESCRIPCIÓN DE LAS ACTIVIDADES REALIZADAS.
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También se capacito para saber sobre las herramientas que son utilizadas para el
maquinado y su uso adecuado en cada operación, así como tener conocimiento del
almacén. Se tuvo que considerar las medidas de las herramientas (brocas y fresas) con
las que se contaba, conocer tanto diámetros como profundidades de corte y ajustar los
diseños a ellas.
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8.3 Diseño de elementos mecánicos en CAD
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Como este tipo de conector posee guías internas, se trabajaron en latón de 24x34x15,
para esto se tomó una fotografía de la vista frontal como referencia, para ver las
posiciones de dichas guías. Usando la herramienta sketch picture se pegó en el dibujo
para poder alinear las guías.
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Seguido a esto se haría la selección de los pines y activadores que más convenían.
Se ocuparon 8 pines por ser 8 las cavidades o terminales y 1 activador para la
detección de la cuña frontal. Se eligieron pines de la serie 1021 G-F-1.5N-AU-1.00 y el
activador de la serie 30232GS-F-1.35N-AU-1.00.
Teniendo ensamblado los pines y activador se procedió a realizar el offset.
Primeramente para los pines, se tomó la profundidad de las terminales y dio una
medida de 3.30mm que es el punto de contacto y de ahí se subió 1.5mm como lo
marca la norma.
De la misma manera para el activador se tomó como punto de contacto la base con la
cuña y se le agregaron los 3mm a los que activa.
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Fig.36 Plano página 1 de 1
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Fig.37 Plano página 2 de 3
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Fig.38 Plano página 3 de 3
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8.4 Programación y maquinado de las piezas
Se utilizó la fresadora CNC Mini Mill de la marca HAAS y con la ayuda de un técnico se
simulo el programa, con el fin de conocer las trayectorias de las herramientas y verificar
que la maquina trabajaría correctamente.
Posteriormente se haría el set up, el cual constó de equipar la torreta de todas las
herramientas que se necesitarían para el maquinado, así como la calibración, que
consta de indicar para sacar el punto cero a las piezas a maquinar con el propósito de
que sea una referencia para las herramientas logrando que se tengan medidas
exactas, tal y como se especifica en los planos.
Esto se hiso con ayuda de un indicador digital; para esto se elige el modo jog y el eje
sobre el cual se quiere desplazar.
Para realizar el trabajo de maquinado fue necesario de una prensa para la sujeción de
la piezas.
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Ya maquinadas las piezas el resultado fue el siguiente.
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Por ultimo pasa al área de ensamble eléctrico, donde se agregan los activadores y
pines que se hayan seleccionado, se hace el cableado y la soldadura de cada uno de
ellos.
En esta etapa se encargan del ensamble final, del contacto eléctrico de las terminales
del conector con los pines, de comprobar el offset y de etiquetar el holder como señal
de que todo salió perfecto, que pasa las pruebas de calidad internas y puede ser
liberado para después mandarlo a los tableros en donde serán utilizados.
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Fig.44 Plano liberado
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9. RESULTADOS, PLANOS, GRAFICAS, PROTOTIPOS Y PROGRAMAS.
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Fig.46 Plano liberado
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Fig.47 Conector y holder modelado usando clamps
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Fig.48 Holder ensamblado y probado
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Fig.49 Plano liberado
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Base para almacenamiento de indicadores
Bases que funcionaron para almacenar los indicadores, con el fin de que se queden en
un lugar seguro y de que se entreguen en óptimas condiciones después de terminar la
jornada laboral.
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10. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
Este trabajo contiene información que puede emplearse como guía para el de diseño
de holders. Lo que se demostró en este trabajo es la facilidad y la rapidez con la cual
se pueden fabricar piezas por medio del CAD-CAM, es por eso que hoy en día las
empresas buscan estas tecnologías haciendo de suma importancia que las nuevas
generaciones conozcan el adecuado funcionamiento de las mismas y que les permita
ser más competitivos en su vida laboral.
En la actualidad, el uso de estas técnicas ha dejado de ser una opción dentro del
ámbito industrial, para convertirse en la única opción existente. Podemos afirmar por
tanto que el CAD/CAM es una tecnología de supervivencia. Solo aquellas empresas
que lo usan de forma eficiente son capaces de mantenerse en un mercado cada vez
más competitivo.
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11. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS.
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12. ANEXOS
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