UNIVERSIDAD DE LA SALLE FACULTAD DE INGENIERA DE DISEO Y AUTOMATIZACIN ELECTRNICA

DISEO Y MODELADO DE UN RIN CON HERRAMIENTAS CAD/CAM PARA SU PRODUCCIN INDUSTRIAL

Carlos Alberto Vasco Alba

UNIVERSIDAD DE LA SALLE FACULTAD DE INGENIERA DE DISEO Y AUTOMATIZACIN ELECTRNICA BOGOTA D.C. Octubre de 2005

UNIVERSIDAD DE LA SALLE FACULTAD DE INGENIERA DE DISEO Y AUTOMATIZACIN ELECTRNICA

DISEO Y MODELADO DE UN RIN CON HERRAMIENTAS CAD/CAM PARA SU PRODUCCIN INDUSTRIAL

Carlos Alberto Vasco Alba Cod: 44992117

Trabajo presentado como propuesta para optar grado de Ingeniera de Diseo y Automatizacin Electrnica

UNIVERSIDAD DE LA SALLE FACULTAD DE INGENIERA DE DISEO Y AUTOMATIZACIN ELECTRNICA BOGOTA D.C. Octubre de 2005

TABLA DE CONTENIDO

Pg.

INTRODUCCIN 1. 2. 3. TITULO REA DE INVESTIGACIN OBJETIVOS

6 8 9 10 10 10 11 12 15 17 29 43 44 47 48 49 50 51

3.1. Objetivo General 3.2. Objetivos Especficos 4. 5. 6. 7. 8. 9. ALCANCE DEL PROYECTO ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIN ESTADO DEL ARTE MARCO TERICO EXPERIMENTACIN E IMPLEMENTACIN PROGRAMA DE EJECUCIN

10. PRESUPUESTO DEL PROYECTO 11. RECURSOS FINANCIEROS 12. INFRAESTRUCTURA REQUERIDA CONCLUSIONES BIBLIOGRAFA ANEXOS

LISTA DE FIGURAS

Pg.

Figura 1 Tamao de un rin Figura 2 Terminologa y partes de un rin Figura 3 Offset Figura 4 Anillo de fijacin de pernos Figura 5 Fuerzas, momentos y grados de libertad Figura 6 Diseo preliminar Figura 7 Diseo preliminar en 3D Figura 8 Diseo en perfil 3D Figura 9 Diseo frontal 3D Figura 10 Diseo final Figura 11 Seccin Torno Figura 12 Seccin Fresa Figura 13 Seccin Torno simulacin FANUC CNC Figura 14 Seccin Fresa simulacin FANUC CNC

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INTRODUCCIN

Los elevados costos de fabricacin, produccin y comercializacin de Rines se han evidenciando aun mas en los ltimos aos, no solo por los procesos de manufactura requeridos sino tambin por el monopolio fabricantes de estos productos. Esto genera la necesidad de aplicar nuevos conceptos de diseo y procesos de fabricacin que optimicen el producto tanto en trminos de eficiencia y costo (caractersticas que nos ofrecen los sistemas CAD/CAM), as como la posibilidad de ofrecer al usuario mas opciones a la hora de personalizar o cambiar el aspecto de su vehculo. La industria de hoy requiere ciclos de produccin ms rpidos y productos elaborados de mayor calidad, por tanto, la bsqueda de nuevas tecnologas se ha hecho primordial a la hora de disear e implementar nuevos procesos de produccin. Una herramienta apropiada para suplir estos requerimientos son los sistemas CAD/CAM (Diseo Asistido por computador y Manufactura Asistida por Computador), identificados hoy como una tecnologa nica que abarca desde el diseo grfico, las bases de datos para la fabricacin, el control de mquinas herramientas hasta la robtica, entre otras aplicaciones, que han permitido modernizar y automatizar los procesos y diseos, brindando perfeccin en los productos y manufactura de los mismos. La industria automotriz no escapa a tales descripciones, y como pionera de tecnologa busca en la competencia de las empresas que la conforman, diseos funcionales y estticos de calidad superior, adems de producciones en serie a mayor velocidad; el mercado de los Rines es un modelo preciso para aplicar sistemas y herramientas CAD/CAM, ya que gracias a estos, los reduciendo los tiempos y costos en la de las empresas

diseos y procesos de fabricacin han ido evolucionando, permitiendo ventajas de diseo y costos de elaboracin mas bajos. La aplicacin de estas herramientas brindara en este caso al consumidor un diseo y modelo de produccin de Rines con optimo desempeo, imponencia y belleza que puedan identificar y personalizar un vehiculo, sin dejar perjuicio de la seguridad, fiabilidad, esttica mejoraran. y economa que probablemente se

1. TTULO DE LA PROPUESTA

DISEO Y MODELADO DE UN RIN CON HERRAMIENTAS CAD/CAM PARA SU PRODUCCIN INDUSTRIAL

DATOS DEL PROPONENTE: CARLOS ALBERTO VASCO ALBA Cdigo 44992117 Direccin: Calle 65 A bis # 83 56. Telfono: 2919620; Cel.: 311 2662294. E-mail: carlosv@jupiter.lasalle.edu.co carlos_vasco@msn.com

2. REA DE INVESTIGACIN

AUTOMATIZACIN INDUSTRIAL El trabajo de grado a desarrollar se baso en las aplicaciones de automatizacin industrial con herramientas CAD/CAM implementadas en el laboratorio de la facultad, adems del software de diseo y simulacin Solid Edge, el cual, permite establecer los parmetros de programacin en lenguaje FANUC, del control numrico CNC para el torno y la fresa.

3. OBJETIVOS

3.1.

OBJETIVO GENERAL:

Realizar el diseo y modelo del prototipo de un rin a escala, enfocado a la produccin industrial.

3.2.

OBJETIVOS ESPECFICOS: Disear un rin para automvil, de tal forma que cumpla con los estndares de diseo de ingeniera automotriz.

Elaborar el modelo del rin, de acuerdo con el diseo. Estructurar cada una de las etapas de produccin del rin, desarrollando e implementando los correspondientes programas para torno y fresa.

Elaborar la documentacin que soporta el diseo, modelado y produccin del Rin.

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3. ALCANCE DEL PROYECTO

El presente trabajo de grado se desarrolla siguiendo la metodologa descrita el punto No. 9 Experimentacin e Implementacin, que abarcara las etapas: Ideacin: donde se describe y plantea el problema a resolver generando ideas y diseos preeliminares. Refinamiento: donde se modelar el diseo de acuerdo a los resultados de la etapa de ideacin y se visualizara el diseo final. Implantacin: donde se desarrollaran las secciones y programas de fabricacin para el torno y fresa de acuerdo al diseo final, ademas de incluir la documentacin soporte del diseo, modelado y programas que permitan la produccin industrial del Rin, es decir se llegara hasta la fase de programacin CNC y documentacin del proyecto.

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4. ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIN

El diseo asistido por computador (CAD, acrnimo de Computer Aided Design) y la manufactura asistida por computador (CAM, acrnimo de Computer Aided Manufacturer) son los procesos en los cuales se utilizan los ordenadores o computadoras para mejorar la fabricacin, desarrollo y diseo de los productos, estos pueden fabricarse ms rpido, con mayor precisin y algunas veces a menor precio, adems pueden utilizarse para generar modelos con muchas, si no todas, las caractersticas de un determinado producto. Estas caractersticas podran ser el tamao, el contorno y la forma de cada pieza, propiedades que podran ser almacenadas en dibujos bi y/o tridimensionales, que despus de ser introducidas y almacenadas en algn sistema informtico, el diseador puede manipularlas y de esta manera modificar las ideas del diseo con mayor facilidad para avanzar en el desarrollo del producto.

Los sistemas CAD/CAM tambin permiten simular el funcionamiento de un producto, haciendo posible visualizar los posibles errores de fabricacin con anticipacin, de esta manera el producto podr ser mas fiable, econmico y seguro sin necesidad derrochar cientos de piezas y desperdiciar material para llegar en la mayora de los casos a la misma conclusin.

Es as como podemos predeterminar si un puente ser capaz de soportar las cargas pronosticadas sin peligros o en este caso si el Rin a fabricar cumplir con las especificaciones de diseo, que resista los esfuerzos y cargas aplicadas sobre el modelo y que su funcionamiento sea correcto, preciso y seguro sin presentar peligro alguno. Adems de obtener datos importantes si

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se realizara una produccin industrial en serie, como tiempos de fabricacin, tiempos totales de produccin, tipo de material, porcentaje de material utilizado, porcentaje de material desperdiciado, costo de fabricacin y produccin, etctera. El CNC (Acrnimo de Control Numrico Computacional) es el control de una mquina herramienta usando nmeros y letras. Es un sistema en el cual los valores numricos programados son directamente insertados y almacenados en alguna forma de medio de entrada, y automticamente ledos y decodificados para provocar el movimiento correspondiente en la mquina que se est controlando. Las ventajas del control numrico computarizado son la facilidad de operacin, programacin sencilla, mayor exactitud, adaptabilidad y menos costos de mantenimiento, la combinacin del diseo y mayor productividad. Pero no solo se debe tener en cuenta el uso de las mquinas, tambin es necesario e indispensable conocer y aplicar los conocimientos adquiridos a la hora de disear formular un plan para obedecer a una necesidad especfica. Si el diseo propicia la creacin de algo que tiene una realidad fsica, entonces el producto deber ser funcional, seguro, confiable, competitivo, til... y en la mayora de los casos, deber someterse a unas normas o cdigos para garantizar su calidad o su legalidad. Se necesita seguir una metodologa que permita relacionar el producto complejo en varias tareas simples interrelacionadas, por ejemplo, una de las cuestiones a la que se presta mayor atencin es a los esfuerzos y la resistencia, as como a los factores de seguridad. En esta cuestin cobra un papel muy importante la eleccin de materiales y la evaluacin de sus propiedades. En un proceso de diseo es muy habitual partir de una lluvia de ideas, e ir estableciendo restricciones y eliminando ideas a medida que se avanza en el conocimiento. Se dice que el punto ptimo para el diseo es cuando la inspiracin y el conocimiento estn en equilibrio, en esta situacin, el

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diseador se encuentra frente a varias vas para posibles soluciones, es importante saber distinguir entre las diferentes alternativas de diseo satisfactorias, cul es la mejor.

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5. ESTADO DEL ARTE

Es frecuente que en la actualidad encontremos ms y ms personas que quieren personalizar sus vehculos practicar el Tuning, la palabra Tuning proviene del idioma anglosajn y se define como una accin determinada de ajuste o entonacin de componentes mecnicos y/o electrnicos de amplio espectro en ingeniera motriz. Durante las ltimas dcadas el "arte" de modificar vehculos se ha diversificado en varias modalidades con el fin de ocupar lugares protagnicos en los diversos sectores del mundo automovilstico. Como es de saber, el Tuning actual no se limita solamente a las modificaciones de motor y de aerodinmica, que representan las adaptaciones ms significativas para mejorar las prestaciones y aumentar el desempeo del auto, sino que tambin abarca la esttica general de vehculo con un toque de personalizacin segn el estilo del propietario del vehculo. Generalmente las personas amantes de sus autos buscan en primer lugar cambiar el estilo, tamao y color de sus rines, a un costo bastante elevado, de all, la necesidad de crear nuevos procedimientos de diseo, fabricacin y comercializacin de estos productos. Pero no solo es importante la esttica, se debe tener en cuenta la funcionalidad y desempeo que se ofrece, pues de la calidad y perfeccin de manufactura depende el xito en el mercado. Hoy en da empresas como Antera, O.Z Racing, Momo, AB-EINTZ y Platinum estn a la vanguardia y son las principales exportadoras de rines a Latinoamrica ofreciendo productos de alta tecnologa y diseos innovadores, pero desafortunadamente a un costo elevado. Las aleaciones de aluminio con otras sustancias metlicas son cada vez mas utilizadas en los procesos de fabricacin de rines de alto rendimiento, pues el aluminio ademas de ser el tercer elemento ms comn encontrado en la corteza terrestre, es un metal suave, blanco y de peso ligero. Al ser mezclado con otros materiales como: silicn, cromo, tungsteno, manganeso, nquel, zinc,

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cobre, magnesio, titanio, circonio, hierro, litio, estao y boro, se producen una serie de aleaciones con propiedades especficas que se pueden aplicar para propsitos diferentes, adems de ser fuerte, ligero, dctil y maleable. No se altera en contacto con el aire ni se descompone en presencia de agua, debido a que su superficie queda recubierta por una fina capa de xido que lo protege del medio. En forma de placa o lmina se usan en la industria del transporte en carroceras, tanques o escaleras; son ideales para la fabricacin de Rines (La utilizacin de este metal reduce ruido y vibracin), carros de ferrocarril o de trenes urbanos y en general para aplicaciones estructurales. No solo por estas razones las aleaciones de aluminio son tal apetecidas en la industria de fabricacin de Rines, tambin brindan elegancia y optimizan el funcionamiento del vehculo ya que por ser liviano mas no dbil, disminuye el desgaste del neumtico y mejora la respuesta de direccin, manejo, aceleracin y frenado.

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7. MARCO TERICO

7.1.

QUE ES EL CNC?

El Control Numrico Computacional es el control de una mquina herramienta usando nmeros y letras. Es un sistema en el cual los valores numricos programados son directamente insertados y almacenados en alguna forma de medio de entrada, y automticamente ledos y decodificados para provocar el movimiento correspondiente en la mquina que se est controlando. Mquinas Fresadoras. Las mquinas CNC Fresadoras usan un cortador rotatorio para el movimiento de corte y un movimiento lineal para la alimentacin. El material es empujado en el cortador, o el cortador es empujado al material, en caminos rectos o curvos tridimensionales, para producir los elementos deseados de una pieza. La pieza terminada es creada mediante la remocin de todo el material innecesario desde la pieza de trabajo. Este proceso se denomina fresado. Tornos. Los Tornos CNC rotan la pieza de trabajo en contra de un nico punto de una herramienta para producir movimiento de corte. La herramienta se alimenta a lo largo o en la pieza de trabajo para producir el movimiento de alimentacin. El maquinado de una pieza en un torno se denomina Giro. Centros de Maquinado. Los centros de maquinado son mquinas CNC ms sofisticadas que frecuentemente combinan las tecnologas de fresado y torneado. Mquinas EDM. Una Mquina de Descarga Elctrica (Electrical Discharge Machine, EDM) usa chispas elctricas para hacer una cavidad en una pieza de metal. este proceso requiere de un electrodo, una fuente de poder, un tanque, y

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enfriador. La pieza de trabajo se conecta a un lado de la fuente de poder y se coloca en el tanque. El electrodo, construido en la forma de la cavidad deseada, se conecta al otro lado de la fuente de poder. El tanque se llena con enfriador, este enfriador es un material dielctrico. Un dielctrico opone una resistencia al flujo de la electricidad. Se baja el electrodo hasta que una chispa salta entre el electrodo y la pieza de trabajo. Cuando la chispa salta, la calidad dielctrica del enfriador ha sido superada. La chispa libera pequeas partculas de material que son eliminadas por el enfriador. Se crea una cavidad de la misma forma que el electrodo. Se baja el electrodo al ritmo que se fabrica la cavidad hasta que se logra la profundidad apropiada. Robots. Los robots industriales son mquinas especializadas que son un reemplazo directo del trabajo humano. Estos robots se utilizan para realizar consistentemente tareas que son montonas, repetitivas y / o difciles. Algunos ejemplos son: fundicin, pintura, soldadura, paletizado, transferencia de materiales y como intercambiadores de herramientas y piezas para mquinas CNC. Paneles de Control CNC. Los paneles de control CNC incluyen los controles para todos los aspectos del proceso de maquinado. Algunas mquinas tambin incluyen la programacin de piezas y la verificacin del camino de la herramienta. Sistemas CNC. El control punto a punto es el posicionamiento de la herramienta desde un

punto a otro dentro de un sistema coordinado. Ms frecuentemente usado para el posicionamiento a un punto en donde se realizar una operacin de maquinado manual, tal como taladrado o perforacin. El control de corte recto tiene la habilidad de mover una herramienta, mientras esta enganchada, recto en todos los ejes de la mquina y adems tiene la habilidad de hacer ngulos de 45 grados.

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Los sistemas de control de contorno generan un camino de la herramienta

continuamente controlado mediante la interpolacin de puntos intermedios o coordenadas. La interpolacin significa la habilidad de generar los puntos que constituyen el camino.

7.1.1. PROGRAMACIN DE LA MAQUINA Planificacin del Programa Lectura de Planos: la lectura de planos es una habilidad bsica en la industria de la manufacturacin, algo que todos los ingenieros, gerentes, programadores y operadores de CNC, maquinistas e inspectores, deberan conocer. Eleccin de la Mquina Adecuada: la eleccin de una mquina adecuada a una pieza especfica a ser manufacturada es la responsabilidad, usualmente, del gerente de produccin, del gerente del taller de mquinas, del gerente CNC o el operario, quien debe conocer: El ambiente de cada mquina (rea de trabajo) Las opciones de cada mquina (fresado, taladrado, etc.) Herramientas de corte, velocidades de giro, tazas de alimentacin. Diseo y montaje de fijaciones. Operaciones de la mquina: Ajuste, instalacin y ejecucin de

programas. Hoja de Operaciones. La hoja de operaciones, u hoja de instalacin, es

usada para describir los procesos necesarios para maquinar una pieza en una mquina CNC. Cada proceso se escribe en la secuencia adecuada de maquinacin e incluye la herramienta a ser usada y todos los datos de corte. La programacin del contorno exterior es una operacin en la maquinacin de una pieza. Para hacer esto primero se debe definir un origen de la pieza. Entonces, los puntos requeridos para la maquinacin debern calcularse para

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el centro de la herramienta a ser usada, considerando el radio de la herramienta, desde las coordenadas del borde de la pieza. Ejemplo: Hoja de Operaciones
Mquina: Electro -LI2
Paso # Descripcin

Pieza de Trabajo: placa-1

Herramienta # Tasa de alimentacin ("/minuto) 25 12 15 12

Nombre / Fecha: Juan Prez 1/7/2004

Profundidad de Corte (") 0.5 0.5 0.125 0.75 Velocidad de Giro (r.p.m.) 500 750 2500 1000

1 2 3 4

Fresado bsico de la placa Fresado final de la placa Centrar para taladrar 4 agujeros Taladrar 4 agujeros

1 2 3 4

Requerimientos de Herramientas: Los requerimientos y eleccin de

herramientas se basan en restricciones de las piezas y en prcticas de la industria manufacturera. Muchas de estas ideas son cuestiones de sentido comn: Conocer las caractersticas del material a ser maquinado. Usar un catlogo de herramientas industrial tpico para bajar costos. Hacer uso de los servicios tcnicos ofrecidos por los fabricantes de herramientas. La calidad de la fijacin deber basarse en el nmero de piezas que eventualmente sern producidas. Siempre se debe usar la herramienta correcta para la correcta operacin de la mquina. Mantener herramientas de reemplazo y de repuesto para el evento de que sea necesario afilar una herramienta o si la herramienta se rompe.

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Mantener una variedad de herramientas para el caso de que un tipo no realice el trabajo como se desea. Usar herramientas de acero de alta velocidad sobre materiales de fcil maquinacin. Usar herramientas de carbono en materiales de corte difcil. Usar herramientas con revestimiento de cobalto u xido para las aleaciones exticas. Usar herramientas del tipo de insercin cuando sea posible para reducir costos. Considerar el uso de escariadores, en lugar de brocas, en aplicaciones con taladro en donde la viruta y el control de trozos puede ser un problema. Tener en cuenta la flexin que ocurre al usar herramientas largas. Es posible que se necesiten pasadas extras para eliminar rayas y virutas.

7.1.2. Sistemas de Unidades y Modos de Entrada Los Sistemas de Unidades son las unidades de medicin que se usan en un programa CNC. Todas las mquinas entienden las unidades Mtricas (milmetros, mm) y, las Inglesas (pulgadas, "). Hay que indicarle a la mquina CNC que unidades se estn utilizando. Algunas mquinas vienen ajustadas de fbrica a pulgadas o a milmetros. Normalmente al inicio de un programa CNC se deben implementar; G70 especifica pulgadas y G71 especifica milmetros. Los Modos de Entrada se refieren al tipo de informacin coordenada que se ingresa al programa de la mquina CNC. hay dos tipos: Entrada Absoluta, diseada para el cdigo G90, especifica la distancia

desde el origen o punto cero del programa. El modo Absoluto es el ms comn.

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Entrada Incremental, designada por el cdigo G91, especifica las distancias

y direcciones usando el punto previo como un origen. La entrada incremental a veces se denomina punto-a-punto. Todos los sistemas CNC pueden conmutar desde el modo absoluto al incremental y viceversa, ilimitadas veces en un programa.

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7.2.

CARACTERSTICAS DEL RIN

El Tamao del Rin El tamao del rin generalmente se puede determinar por dos medidas, el dimetro del rin y la anchura del rin, en la figura 1 se podr observar las medidas de un Rin convencional.

Figura 1. Tamao de un rin. - Fuente: Technical Aspects of Alloy Wheels Es importante elegir la anchura del rin (Rim Width) apropiada para asegurar un desplazamiento correcto del vehculo. Adema la anchura del Rin influye en la direccin y estabilidad del mismo, por ejemplo si se elige una anchura de Rin amplia se proporcionara al vehculo mayor estabilidad y mejor respuesta de frenado y direccin, pero puede sufrir desgaste en la suspensin. Si por contrario se elige un anchura estrecha los resultados sern mejor desempeo de suspensin pero las propiedades de los neumticos se vern comprometidas ya que su funcionamiento ser inadecuado (dependiendo del

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vehculo), por tal, seria apropiado elegir un dimetro y anchura que correspondan a las caractersticas y descripciones de vehculo para que el funcionamiento de de este sea optimo. Terminologa del Rin Los Rines fabricados actualmente estn diseados de tal forma que soporten las fuerzas y cargas a los que son sometidos, es por esto que deben tener una serie de caractersticas que permitan que el desempeo de estos sea adecuado y ptimo. A continuacin en la figura 2 se podr observar las partes de un Rin convencional y la descripcin de cada una de ellas:

Figura 2. Terminologa - Fuente: Wheel Technical Information

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Inboard bead seat : Outboard bead SEAT: Inboard safety hump: Inboard flange: Outboard flange: Rim center line: Bolt center Diameter: Center Bore: Mounting pad: Rear spacing:

Asiento interior del neumtico Asiento exterior del neumtico Pestaa interior de seguridad Reborde interior Reborde exterior Eje longitudinal lateral Dimetro del centro de los pernos Dimetro interno manzana de sujecin Cojn de montaje Distancia entre el cojn y el borde posterior Es la distancia entre la superficie de la

Outboard safety hump: Pestaa exterior de seguridad

Offset (Compensacin del Rin):

cara de montaje del Rin y la lnea central lateral del mismo (Eje longitudinal lateral). Una compensacin positiva significa que la superficie de la cara de montaje est desplazada hacia la parte externa del Rin hacia la cara de montaje del neumtico, este tipo de compensacin dirige el neumtico hacia la parte interna del Rin y es utilizada generalmente para automviles brindando mayor adherencia de los neumticos al asfalto. Inversamente, una compensacin negativa significa que la superficie de la cara de montaje de Rin est desplazada hacia la parte externa del Rin y se utiliza en vehculos de doble traccin o 4x4, haciendo que vehiculo tenga mayor agarre y mejor desempeo en terrenos difciles. Una compensacin cero indica que la superficie de la cara de montaje del Rin se encuentra en el eje del Rin, este tipo de desplazamiento es utilizado en vehculos de transporte pesado como camiones y buses, brindando mayor estabilidad y mejor desempeo con pesos variables.

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Figura 3. Offset - Fuente: Custom Wheels Market

Anillo de fijacin de pernos:

Es un circulo imaginario que distribuye los

centros de los agujeros donde se alojan los pernos conocidos como Lugs, un numero determinado de Lugs es un patrn. La referencia del anillo de fijacin de pernos indica el patrn numero de Lugs y el dimetro de los mismos, generalmente se disea un anillo para acomodar 4, 5, 6 u 8 Lugs (Figura 4), por ejemplo un anillo que marca 5-100 de un Chevrolet Cavalier indica que el anillo contiene un patrn de 5 Lugs con dimetro de 100 mm cada uno. La informacin necesaria para el patrn y dimetro de lug se encuentra en los manuales e informacin de los fabricantes pues si no dispone de estos medios ser necesario realizar los clculos para obtener el patrn y dimetros correctos

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Figura 4. Anillo de fijacin - Fuente: Custom Wheels Market

Fuerzas, momentos y grados de libertad de una llanta: El

sistema

de

referencia que se muestra en la figura 5, permite visualizar la dinamica del conjunto Rin Llanta. Tiene su origen en el centro del rea de contacto de la llanta con la superficie de rodamiento. El eje X, formado con la interseccin del plano del Rin y el plano del camino, se orienta positivamente en el sentido de avance. El eje z, vertical y perpendicular al plano del camino, es positivo hacia abajo. El eje Y se encuentra contenido en el plano del camino, cuyo sentido positivo resulta de acuerdo a un sistema ortogonal dextrgiro. En la misma figura se indican tambin las fuerzas y momentos a los que pudiera estar sujeto el Rin y el neumtico de un vehculo en movimiento, atendiendo no slo a la rotacin de la llanta, sino considerando tambin los desplazamientos en el espacio. As, se pueden identificar desplazamientos en la direccin de viaje, x, en la direccin transversal, y, y verticales, z. Estas fuerzas (Fs) y momentos (Ms y T), como usualmente se describen en la dinmica, son resultado de la interaccin del complemento Rin Llanta con el medio circundante, tanto para producir su movimiento, como las que ofrecen resistencia al mismo. Adems de estas acciones, en la figura se muestran ngulos y planos necesarios para describir el movimiento. Estos son:

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Plano del Rin. - Plano central de la rueda, normal al eje de giro. ngulo de inclinacin (). ngulo formado entre el eje Z y el plano de la rueda. ngulo de deslizamiento (). ngulo que se forma entre el eje X y la direccin de viaje del centro de contacto de la llanta. Estas fuerzas y momentos hacen que la llanta se deforme y que el rin las compense, lo cual refleja el efecto de sus propiedades mecnicas resultando en el movimiento.

Figura 5. Fuerzas, momentos y grados de libertad (Rin Llanta) Fuente: Instituto Mejicano de Transporte SCT

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8.

EXPERIMENTACIN E IMPLEMENTACIN

El proceso de diseo y modelado para la produccin del Rin, se basa en una metodologa que contiene una secuencia de pasos a seguir, descritas y desarrolladas a continuacin: I. a) b) c) II. a) b) III. a) b) IDEACIN Identificacin del problema Ideas preliminares Diseo preliminar REFINAMIENTO Modelado Visualizacin del diseo modelo final IMPLANTACIN Secciones de fabricacin ( Torno Fresa ) Programacin CNC de las secciones

El proceso de diseo de ingeniera est compuesto por tres reas que se deben relacionar entre s: ideacin, refinamiento e implantacin. El proceso incluye un planteamiento y un proceso de ingeniera concurrente.

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8.1.

IDEACIN

La ideacin es un enfoque estructurado del pensamiento para resolucin de un problema, en la parte del proceso de diseo en la cual se concibe el diseo bsico (Fase conceptual). Lo importante es identificar los factores determinantes que permitan limitar el alcance del diseo. Este proceso de ideacin esta formado por tres pasos importantes: a) Identificacin del problema: Los elevados precios de diseo, fabricacin y comercializacin de Rines personalizados para automviles. b) Ideas preliminares: Disear y modelar el Rin el Solid Edge El Rin debe tener caractersticas que permitan su manufactura en maquinas de CNC. Basarse en diseos y modelos de Rines ya diseados, que puedan estar en galeras o catlogos de empresas productoras de Rines. Tomar medidas de un Rin real, para luego escalarlas y trabajar con base a estas. Que el diseo y modelo del Rin sea llamativo e impacte por su esttica. Integrar las herramientas de CAD y CAM, para facilitar el desarrollo del proyecto. Disear el Rin de un tamao apropiado, donde se puedan aprecias las caractersticas tcnicas y estticas. Desarrollar e implementar los programas de control numrico utilizando Fanuc para el torno y Sinumerik para la fresa. c) Diseo preliminar: Evaluando el problema, el alcance, metas y las

ideas preeliminares se diseo un modelo que podra satisfacer los requerimientos del proyecto.

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A continuacin se presentara la secuencia de pasos que determinan la idea y diseo preeliminar: La idea inicial es definir un Rin que tenga un aspecto llamativo y que no sea usual (Figura 6), en la figura se observa una estrella que le dara imponencia al Rin y adems lo hara ms liviano.

Figura 6. Diseo Preeliminar. Diseo Solid Edge.

Al realizar la proyeccin de la figura y observarla en 3D (Figura 7) se aprecia que aun sin las caractersticas tcnicas, el modelo es viable y brinda un diseo imponente, sin embargo, se nota que es un poco pesado, por lo tanto es necesario modificarlo y adecuarlo de tal forma que cumpla con las caractersticas tcnicas y las especificaciones de diseo.

Figura 7. Diseo Preeliminar en 3D. Diseo Solid Edge.

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8.2.

REFINAMIENTO

El refinamiento es un proceso repetido (iterativo o cclico) empleado para mejorar el diseo preliminar y realizar los cambios es necesario para determinar si el diseo satisface las metas del proyecto. Este proceso incluye el modelado y visualizacin final del proyecto, etapas importantes pues determinan si se cumplen los objetivos de diseo y modelado. a) Modelado: Para esta etapa del proyecto se utilizara un modelo

descriptivo que permitir visualizar el diseo 3D en software Solid Edge. Se usar una serie de modelos tridimensionales donde se observar el proceso de modelado, estos sern una herramienta de gran utilidad a la hora de desarrollar los programas de control numrico para el torno y fresa, tambin apoyados en modelos bidimensionales (Planos Anexos) tiles para definir medidas y observar detalles de diseo que no se visualizan en los modelos 3D. Para el proceso de modelado se deben seguir una serie de pasos descritos a continuacin: 1234567Cilindro inicial Anexo 1 Diseo y Modelado del Perfil y Espesor - Anexo 2 Incorporacin del patrn de 5 Lugs (Pernos) Anexo 3 Diseo y modelado de la araa o secciones de divisin Anexo 4. Vaciado inicial de las secciones de divisin Anexo 5. Diseo, modelado y vaciado de secciones intermedias Anexo 5. Terminacin y Modelo final.

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Inicialmente se dibuja y modela el cilindro primario (Figura 8), el perfil de este cilindro debe ser modificado para que cumpla con los criterios de Diseo de Rines (Ver anexos 1 y 2).

Figura 8. Diseo de perfil 3D. Diseo Solid Edge.

Luego de disear y modelar el perfil se procede a desarrollar el diseo y modelado de la parte frontal del Rin (Figura 9), en esta seccin se debe incluir la implementacin del Patrn de Lugs, el diseo de la araa y los vaciados intermedios de la araa (Ver anexos 3,4,5,6 y 7)

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Figura 9. Diseo Frontal 3D. Diseo Solid Edge.

b)

Visualizacin del modelo final: Se procede a realizar las correcciones del

modelo y finalmente se tiene el modelo Final (Figura 10)

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Figura 9. Diseo Final. Diseo Solid Edge.

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8.3. a)

IMPLANTACIN Secciones de fabricacin ( Torno Fresa ): Para realizar el proceso de fabricacin se ha dividido el desarrollo en 2 seccion una primaria de torno (Figura 11 y una secundaria de fresa (Figura 12):

Figura 11 Seccin Torno. Diseo Solid Edge.

Figura 12. Seccin Fresa. Diseo Solid Edge.

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b)

Programacin CNC de las secciones

SECCIN TORNO Programa CNC:

N5 N10 N15 N20 N25 N30 N35 N40 N45 N50 N55 N60 N62 N65 N70 N75 N80 N85 N90 N100 N105 N110 N115 N120 N125 N130 N135 N140 N145 N150 N155 N160 N165 N170 N175 N180 N185 N187 N190 N195 N200 N203 N205 N210 G71 G40 G95 G28 T0202 G00 G92 G73 G73 G00 G01 G01 G00 G73 G73 G00 G02 G01 G01 G01 G03 G01 G72 G00 G73 G73 G00 G01 G03 G01 G03 G01 G03 G01 G72 G00 T0101 X0 G98 G00 T0404 G00 G73 G73 T0100 F0.5 U0 X80 Z0 U3 P50 X72 Z-35 X81 Z-23.66 U3 P75 X56.22 X58.22 X62 Z-29 X66 X66 X73 P75 Z-24 U2 P135 X56.22 X60.44 X61.44 Z-4.52 X64.44 X66 X66 X73 P135 X80 Z1 G83 X80 X0 U2 P215 G97 M04 W0 Z40 R1 Q60 Z0

S800

U0.2

W0.1 F0.4

R1 Q110

U.2

W.1

F.4

Z-26.88 R2 Z-27.28 Z-33 Z-35 Q110 R1 Q170 Z-7.52 Z-6.52 Z-2.5 Z-2 Z0 Q170 Z40

R2 S1000

U.2

W.1

S800

F.4

R1 R3 R2 S1000

X0 Z40 Z1 R1 Q235

Z-19.5

R1

Q1000 P1000

F3 M04

U.2

W.1

S800

F.4

37

N215 N220 N225 N230 N235 N240 N245 N250 N255 M30

G00 G01 G01 G01 G01 G72 G00 G01 G00

X64 Z-0.44 X58.28 X53.76 X0 P215 X65 X72 Z40

Z-1.39 Z-19.5 Q235 Z-0.05 S1000

Simulacin CNC Torno.

Figura 13. Seccin Torno Simulacin FANUC CNC .

38

SECCIN FRESA Programa CNC:

N5 N10 N15 N20 N25 N30 N35 N45 N50 N55 N60 N65 N70 N75 N80 N85 N90 N95 N100 N105 N110 N115 N120 N125 N130 N135 N140 N145 N150 N155 N160 N165 N170 N175 N78 N185 N190 N195 N200 N205 N210 N215 N220 N225 N230 N235 N240 G90 G94 G97 G00 T0202 M98 G01 G02 G02 G00 T0202 G83 G01 G00 G83 G01 G00 G83 G01 G00 G83 G01 G00 G83 G00 M98 G00 G02 G02 G00 G00 M98 G01 G01 G03 G01 G00 G00 M98 G01 G01 G03 G01 G00 G00 M98 G01 G40 F50 X0 G43 P010303 X33 X-33 X33 X0 G43 X0 Z1 X-7.62 X-7.62 Z1 X-4.78 X-4.78 Z1 X4.78 X4.78 Z1 X7.64 X7.64 Z10 P010505 X29.19 X-29.19 X29.19 Z10 X-3.71 P010606 X3.71 X10.26 X-10.26 X-3.71 Z1 X4.69 P010606 X7.44 X24.72 X17 X4.69 Z1 X-4.69 P010606 X-7.44 Y0 H1 Z1

Y0 Y0 Y8 H1 Y8 Y2.43 Y2.43 Y-6.42 Y-6.42 Y-6.42 Y-6.42 Y2.36 Y2.36

R33 R33 Z1 Z-20 Z1 Z-20 Z1 Z-20 Z1 Z-20 Z1 Z-20 R1 Q5 F1

R1

Q5

F1

R1

Q5

F1

R1

Q5

F1

R1

Q5

F1

Y0 Y0 Y5.96 Y5.96 Y22.63 Y22.63 Y5.96 Y5.42 Y-1.66 Y-2.52 Y19.69 Y5.42 Y5.42 Y-1.66

R29.19 R29.19 Z1

R26

R25.8

39

N245 N250 N255 N260 N265 N270 N275 N280 N285 N290 N295 N300 N305 N310 N315 N320 N325 N330 N335 N340 N345 N350 N355 N360 N365 N370 N375 N380 N385 N390 N395 N400 N405 N410 N415 N420 N425 N430 N435 N440 N445 N450 N455 N460 N465 N470 N475 N480 N485 N490

G01 G02 G01 G00 G00 M98 G01 G01 G03 G01 G00 G00 M98 G01 G01 G02 G01 G00 G00 M98 G01 G03 G01 G00 G00 M98 G01 G03 G01 G00 G00 M98 G01 G02 G01 G00 G00 M98 G01 G02 G01 G00 G00 M98 G01 G03 G01 G00 G00 M98

X-24.72 X-17 X-4.69 Z1 X6.57 P010606 X0.55 X5.16 X21.58 X6.57 Z1 X-6.57 P010606 X-0.55 X-5.16 X-21.58 X-6.57 Z1 X0 P010101 X3.5 X-3.5 X0 Z1 X10.68 P010101 X22.75 X19.74 X10.78 Z1 X-10.68 P010101 X-22.75 X-19.74 X-10.78 Z1 X7.55 P010101 X16.99 X9.27 X7.55 Z1 X-7.55 P010101 X-16.99 X-9.27 X-7.55 Z1 X14.61 P010101

Y-2.52 Y19.69 Y5.42 Y-2.71 Y-7.12 Y-24.31 Y-12.31 Y-2.71 Y-2.71 Y-7.12 Y-24.31 Y-12.31 Y-2.71 Y11.54 Y22.47 Y22.47 Y11.54 Y3.38 Y2.36 Y11.53 Y3.38 Y3.38 Y2.36 Y11.53 Y3.38 Y-9.07 Y-15.32 Y-20.9 Y-9.07 Y-9.07 Y-15.32 Y-20.9 Y-9.07 Y-4.65

R25.8

R25.8

R25.8

R24

R24

R24

R24

R24

40

N495 N500 N505 N510 N515 N520 N525 N530 N535 N540 N545 N550 N555 N560 N565 N570 N575 N580 N585 N590 N595 N600 N605 N610 N615 N620 N625 N630 N635 M30

G01 G01 G01 G00 G00 M98 G01 G01 G01 G00 G00 M98 G01 G01 G01 G00 G00 M98 G01 G01 G01 G00 G00 M98 G01 G01 G01 G00 G00

X22.56 X23.5 X14.61 Z1 X-14.61 P010101 X-22.56 X-23.5 X-14.61 Z1 X0 P010101 X.87 X-.87 X0 Z1 X8.16 P010101 X14.97 X13.4 X8.16 Z1 X-8.16 P010101 X-14.97 X-13.4 X-8.16 Z10 X30

Y-8.19 Y-6.51 Y-4.65 Y-4.65 Y-8.19 Y-6.51 Y-4.65 Y-15.33 Y-23.98 Y-15.33 Y12.24 Y20 Y21 Y12.24 Y12.24 Y20 Y21 Y12.24 Y25

41

Simulacin CNC Fresa.

9. PROGRAMA DE EJECUCIN

Figura 14. Seccin Fresa Simulacin FANUC CNC .

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9. Programa de ejecucin

El programa de ejecucin del proyecto se realizo por medio del diagrama Gantt. Para ello se tuvieron en cuenta las siguientes actividades, junto con la estimacin de los tiempos prudenciales para llevar a cabo cada una de ellas y las fechas de inicio y terminacin de las mismas, tal y como se puede observar en la tabla 1. Tabla 1: Tabla de datos ID ACTIVIDAD Durac. ANTECEDENTE Fecha S A LEVANTAMIENTO DE INFORMACIN, DEFINICIN DE LAS VARIABLES DEL PROCESO B C ING. DE DETALLE Diseo mecnico 15dias A 7 das A lun 2/08/04 mar 05/10/04 mi 12/10/05 D Modelado 8 das C Jue 20/10/05 E Programacin CNC 6 das C Jue 28/10/05 F Correccin errores 4 das D,E Mar 1/11/05 G Entrega documento 1 da G Vie 4/11/05 Vie 4/11/05 vie 4/11/05 Lun 3/11/05 Lun 28/10/05 mi 19/10/05 15dias 0 Inicio lun 26/09/05 mar 11/10/05 Fecha Fin

TOTAL

56 dias

43

10. PRESUPUESTO DEL PROYECTO

10.1. COSTOS DIRECTOS 10.1.1 Recursos de Software Directos

Software

Cantidad Descripcin

Valor ($) Licencias

Software FANUC y SINUMERIK

Software 1 pieza.

necesario

para

la

aprobadas en Universidad de la Salle. Licencias

e la

programacin y mecanizado de la

implementada

Software Auto Cad y Solid Edge 1

aprobadas mecnico de la pieza en Universidad de la Salle. Licencias

e la

Software grfico para el diseo implementada

Software Nastran

Visual

Software 1 fsicos.

grfico

para

la

aprobadas s en

e la

simulacin de efectos mecnicos y

implementada Universidad de la Salle.

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10.1.2 Recursos de Hardware Directos Hardware Cantida d Descripcin Min: Pentium III 500 MHZ, DD 40 Computador (cpu) 1 G, 256 M EN VIDEO RAM, TARJETA 32 M, UNIDAD DE 3/2, 1400.000 Valor ($)

UNIDAD DE CD RW. Computador ( MONITOR ) Subtotal 1 PANTALLA DE 14 350.000 1750.000

10.2. COSTOS INDIRECTOS OTROS Papelera carta / resma hoja Cantidad Descripcin Necesarios 3 documentacin proyecto Necesarios CDS vrgenes 15 compilacin informacin Necesario Tinta color para HP 2 impresora deskjet 840c pantallasos simulacin informacin Tinta color para HP 3 Necesarios impresin proyecto para de la la del 250.000 para de la la e 200.000 para la y 60.000 la del 45.000 Valor ($)

almacenamiento de la

impresin de grficos y

impresora deskjet 840c

documentacin

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Material para mecanizado Subtotal ind. costos

Necesario

para

el 50.000

mecanizado de la pieza ( en caso de mecanizar)

605.000

10.3. INVERSIN TOTAL Costos Directos Costos Indirectos $1750.000

$605.000

Total Inversin

$2355.000

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11. RECURSOS FINANCIEROS

El costo de la inversin del proyecto ser asumido por el estudiante. En cuanto a las licencias de Software requeridas, la universidad de la Salle cuenta con las licencias acadmicas y por lo tanto es posible desarrollar el proyecto en las instalaciones de la universidad, en caso de surgir costos no previstos estn sern cubiertos de igual forma por el proponente, teniendo en cuenta el proyecto no superara los 2500.000 pesos.

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12. INFRAESTRUCTURA REQUERIDA

Para el desarrollo del proyecto, se ha estimado necesaria la siguiente infraestructura y elementos: Laboratorios de comunicaciones y CAD/CAM de la universidad de la Salle.

Elementos Disponibles: Computador personal Pentium III con tarjeta de video. Licencia de Windows XP o similar Profesional otorgada a la universidad. Licencia de Solid Edge y Auto Cad.

Elementos Requeridos Software para programar por completo la simulacin. se encuentra disponible en los laboratorios de la

El software requerido universidad de la Salle.

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CONCLUSIONES

La ingeniera concurrente es una herramienta eficaz en el proceso de innovacin de nuevos productos y diseos.

La eficiencia y perfeccin de los productos dependen de la tecnologa y los mtodos de manufactura.

Las ventajas que ofrecen los sistemas cad/cam permiten al usuario mayor oportunidad de eleccin.

El CNC brinda un alto grado de calidad debido a la precisin, repetibilidad y ausencia de variaciones introducidas por un operador.

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BIBLIOGRAFA

M. Arias-Paz Guitian, Manual de automviles (53 edicin). CIE Inversiones Editoriales Dossat 2000 S.L. Espaa, 2000.

Joseph E. Shigley y Charles R. Mischke, Diseo en ingeniera mecnica (6 edicin). Mc Graw Hill, Inc, USA, 2001.

Gere y Timoshenko, Mecnica de materiales (4 edicin). International Thomson Editores, S.A. de C. V. 1998.

M. F. Ashby, Materials Selection y Mechanical Design.

J.M. Rodrguez Ibabe, J.J. Urcola Galarza, Metalurgia fsica de los aceros, apuntes de la asignatura. Tecnun, 2001.

http://www.autoaccessory.com

http://www.ltbmotorsport.com/hubkit.html

http://www.demon-tweeks.co.uk/

http://www.grantproducts.com/default.html

http://www.uddeholm.com/

50

ANEXOS

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