APLICACIONDESOLIDWORKSPARALAMANUFACTURADEUNROTORDETURBINADEVAPORAPLICANDOLATECNOLOGIACNC

UNIVERSIDAD MICHOACANA DE SAN NICOLÁS DE HIDALGO

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

APLICACIÓN DE SOLIDWORKS PARA LA MANUFACTURA DE UN ROTOR DE TURBINA DE VAPOR APLICANDO LA TECNLOGÍA CNC

TESINA

QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERO MECÁNICO

PRESENTA:

MARCO HERIBERTO CALDERÓN GUTIÉRREZ

ASESOR:

ING. JUAN JESÚS VILLALÓN LÓPEZ

Morelia Michoacán; enero de 2010

Facultad de Ingeniería Mecánica UMSNH

Marco Heriberto Calderón Gutiérrez Página i

RESUMEN El uso de los sistemas CAD – CAM en los diferentes procesos de producción, es cada vez más necesario en la industria de la manufactura. Conforme se desarrolla la tecnología, así mismo se van desarrollando las máquinas herramienta controladas por computadora, las cuales son más y más precisas, por esta razón la industria se está poblando poco a poco de este tipo de máquinas, eficientizando las líneas de producción de diferentes productos. A la par de este desarrollo de máquinas, el avance tecnológico en nuevos softwares CAD – CAM es gigantesco, ya que estos programas de computadora pueden llegar a operar de manera automática este tipo de máquinas, únicamente con la supervisión de una persona en el momento en que la máquina herramienta se encuentra en funcionamiento. Estas ventajas permiten estudiar la posibilidad de automatizar la mayoría de los procesos de manufactura de todos los productos, los cuales para su realización necesariamente se requiere de una máquina herramienta. Cada vez la economía mundial se vuelve más y más competitiva y las empresas ahora se concentran en obtener la satisfacción del cliente entregando productos de alta calidad a tiempo y con precios que sean atractivos y al mismo tiempo accesibles, todos estos factores dan como resultado que las distintas empresas dedicadas a la manufactura se empiecen a modernizar y a adaptar la maquinaria con la que cuentan, buscando la reducción de costos. Este trabajo analiza los inicios del control numérico así como su desarrollo, señalando las distintas ventajas de los equipos controlados por computadora sobre las maquinas convencionales. De igual manera se menciona una descripción de las turbinas de vapor, así como sus diferentes componentes y el funcionamiento en general de lo que es una turbina de vapor. Para mostrar de manera más practica el alcance y el mundo de posibilidades que se abre con la mancuerna de softwares SolidWorks y CAMWorks se describe paso a paso el diseño, el modelado, el maquinado y la generación de secuencias de maquinado correspondientes para la manufactura de un molde a escala 1:15 del cuerpo de un rotor de reacción de una turbina de vapor. La representación física de este molde va a ser realizada en segmentos de madera MDF (Medium Density Fiberboard), el cual hace la representación de un metal que puede ser desde un material duro como el acero inoxidable hasta un material suave como aluminio. La ejecución de las secuencias de maquinado van a ser realizadas en la fresadora DYNA EM3116 de la Facultad de Ingeniería Mecánica de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo.


Marco Heriberto Calderón Gutiérrez Página ii

ABSTRACT The use of CAD-CAM systems in different production process is becoming necessary in the manufacturing industry. As technology develops in the same way that the machines controlled by computer, these machines are more and more precise, therefore the industry is gradually getting this type of machines, improving the production of many products. Along with this development of machinery, technological advances in new software CAD - CAM is huge, because with these computer programs can automatically operate these machines, only with the supervision of a person at the time that when machine tool is in operation. These advantages allow the possibility of automate most of the manufacturing process of all products, which for its making process necessarily requires a machine tool. Every time the world economy becomes more and more competitive and companies now focus on obtaining customer satisfaction by delivering quality products on time and with prices that are attractive, all these factors make that the different companies engaged in manufacturing begin to modernize and adapt the machinery that they have, looking for cost reduction. This work deals with the beginning of control numeric by computer, pointing out the advantages of computer controlled equipment against conventional machines. Also it has a description of a steam turbine and its various components and general operation of what is a steam turbine. To show in a practical way the scope and the world of possibilities opened with the SolidWorks and CAMWorks softwares, a description is showed step by step of design, modeling, machining and the machining sequence generation for the manufacturing of a 1:15 scale mold of a rotor’s body of a steam turbine (reaction technology). The physical representation of this mold will be made on segments of MDF wood, which is a representation of a metal that can be from a hard material such as stainless steel to a soft material such as aluminum. The performance of machining sequences will be made in the DYNA EM3116 milling machine at Universidad Michoacana de San Nicolas de Hidalgo in Faculty of Mechanical Engineering.


Marco Heriberto Calderón Gutiérrez Página iii

ÍNDICE GENERAL

Página

I._ INTRODUCCIÓN 1

II._ OBJETIVOS 2

CAPÍTULO 1. LA MÁQUINA HERRAMIENTA 3

1.1 Historia y evolución de la máquina herramienta 3

1.2 El vapor como fuente de movimiento 5

1.3 El siglo XX, el gran avance industrial 7

1.3.1 Hasta el final de la segunda guerra mundial 7

1.3.2 La segunda mitad del siglo XX 8

CAPÍTULO 2. EL CONTROL NUMÉRICO POR COMPUTADORA 10

2.1 Nace el control numérico 11

2.2 Evolución del control numérico 11

2.3 Programación de las máquinas de control numérico 14

2.3.1 Programación manual 14

2.3.2 Programación automática 16

CAPÍTULO 3. SOFTWARES CAD & CAM, UNA NUEVA HERRAMIENTA

UTILIZADA EN LA INDUSTRIA DE LA MANUFACTURA 17

CAPÍTULO 4. TURBINAS DE VAPOR 19

4.1 Elementos de una turbina de vapor 21

4.2 Funcionamiento de la turbina de vapor 25

4.3 Tipos de turbinas de vapor 26

4.4 Abastecimiento de vapor y condiciones de escape 29

4.5 Avances en el diseño de las turbinas 30


Marco Heriberto Calderón Gutiérrez Página iv

CAPÍTULO 5. ¿QUÉ ES SOLIDWORKS? 31

5.1 Basado en características 31

5.2 Parámetros 32

5.3 Modelando sólidos 32

5.4 Completamente asociativo 33

5.5 Limitaciones 33

5.6 Intención de diseño 33

5.7 Interfaz de usuario 34

5.7.1 Barra de menús 34

5.7.2 Administrador de comandos 35

5.7.3 Configuration Manager 36

5.7.4 Perspectiva general del PropetyManager 37

5.7.5 Gestor de diseño de FeatureManager 39

5.7.6 Barra de estado 41

5.7.7 Panel de tareas 42

5.7.8 Barra de herramientas de SolidWorks 43

CAPÍTULO 6. DISEÑANDO EN SOLIDWORKS 55

6.1 Diseño de moldes en SolidWorks 55

6.2 Cambiando a el árbol de rasgos de CAMWorks 64

6.2.1 Definiendo la máquina y el controlador 67

6.2.2 Definiendo la materia prima (Tocho o Bloque) 71

6.2.3 Definiendo las partes maquinables 72

6.2.4 Generando el plan de operación 73

6.2.5 Ajustes de parámetros de operaciones 74

6.2.6 Generación de rutas de herramienta 76

6.2.7 Simulación de rutas de herramienta 77

6.2.8 Post procesando rutas de herramienta 78


Marco Heriberto Calderón Gutiérrez Página v

CAPÍTULO 7. MODELADO DE UN ROTOR DE TURBINA DE REACCIÓN

TECNOLOGÍA RTB (REACTION TURBINE BLADED) 85

7.1 Maquinado del molde de rotor de turbina de reacción en fresadora

DYNA EM3116 94

CONCLUSIONES 101

BIBLIOGRAFIA 102


Marco Heriberto Calderón Gutiérrez Página vi

ÍNDICE DE FIGURAS

PÁGINAS

CAPÍTULO 1. LA MÁQUINA HERRAMIENTA

Figura 1.1 Boceto de un torno vertical de doble pértiga de Leonardo Da Vinci 4

Figura 1.2 Primera fresadora universal creada por Joseph R. Brown en 1862 6

Figura 1.3 Centro de maquinado o centro de control numérico 9

CAPÍTULO 2. EL CONTROL NUMÉRICO POR COMPUTADORA

CAPÍTULO 3. SOFTWARES CAD & CAM, UNA NUEVA HERRAMIENTA

UTILIZADA EN LA INDUSTRIA DE LA MANUFACTURA

CAPÍTULO 4. TURBINAS DE VAPOR

Figura 4.1 Ensamble general de turbina completa con un modulo de alta

presión, uno de media presión y dos de baja presión 20

Figura 4.2 Cuerpo de rotor de turbina de vapor 21

Figura 4.3 Cuerpo interno (estator) de la turbina de vapor 22

Figura 4.4 Elementos principales de la turbina 22

Figura 4.5 Vista axial del cuerpo interno mostrando el arreglo de toberas 23

Figura 4.6 Turbina de vapor seccionada, donde se puede apreciar el ensamble

final de los componentes de la turbina 24

Figura 4.7 Funcionamiento de una turbina de vapor 25

Figura 4.8 Rotor de turbina de acción 26

Figura 4.9 Rotor de turbina de reacción 27

Figura 4.10 Esquema general de una turbina completa con modulo de alta,

media y baja presión 28


Marco Heriberto Calderón Gutiérrez Página vii

CAPÍTULO 5. ¿QUÉ ES SOLIDWORKS?

Figura 5.1 Interfaz de usuario de SolidWorks 34

Figura 5.2 Representación grafica del modo “pantalla completa” 35

Figura 5.3 Representación grafica de barras de herramientas 35

Figura 5.4 Representación grafica del PropetyManager ejecutando

el comando “extrude” 37

CAPÍTULO 6. DISEÑANDO EN SOLIDWORKS

Figura 6.1 Primera pantalla desplegada en pantalla para empezar a trabajar 56

Figura 6.2 Ubicación de las herramientas a manejar 57

Figura 6.3 Planos geométricos en los que se puede trabajar de SolidWorks 57

Figura 6.4 Dimensionamiento del rectángulo dibujado 58

Figura 6.5 Representación gráfica de la extrusión de la base 59

Figura 6.6 Primeros pasos en el bosquejo de rotor 60

Figura 6.7 Bosquejo del cuerpo de rotor (vista completa del diseño) 61

Figura 6.9 Perfil concluido y en condiciones para utilizar la herramienta

“corte de revolución” 62

Figura 6.10 Mensaje desplegado en pantalla antes de realizar la operación

“corte de revolución” 62

Figura 6.11 Representación gráfica de la “revolución” del perfil dibujado 63

Figura 6.12 Vista final del molde diseñado 64

Figura 6.13 Barra de herramientas de CAMWorks 65

Figura 6.14 Localización de árbol de características de CAMWorks 66

Figura 6.15 Primer paso en el proceso de “definición de máquina” 67

Figura 6.16 Ventana en la cual se pueden modificar las condiciones (máquina)

y la máquina herramienta a utilizar 68

Figura 6.17 Ventana en la cual se pueden modificar las condiciones (torreta)


Figura 6.18 Ventana en la cual se pueden modificar las condiciones (control)



Marco Heriberto Calderón Gutiérrez Página viii

Figura 6.19 Definiendo las características del tocho (materia prima) 71

Figura 6.20 Características modificables del tocho (materia prima) 72

Figura 6.21 Definiendo los rasgos maquinables 73

Figura 6.22 Planes de operación creados por CAMWorks 74

Figura 6.23 Submenú de CAMWorks donde se modifican las características

de la herramienta de corte a utilizar 75

Figura 6.24 Ventana desplegada durante la generación de rutas de herramienta 76

Figura 6.25 Representación grafica de los recorridos de herramienta generados 77

Figura 6.26 Ventana desplegada para la simulación de rutas de herramienta 77

Figura 6.27 Simulación de maquinado del molde 78

Figura 6.28 Simulación de la pieza una vez concluido el maquinado 79

Figura 6.29 Ventana inicial desplegada para el proceso de generación de

secuencias de maquinado (Post procesado) 80

Figura 6.30 Generación de secuencias de maquinado (Post procesado)

del molde 81

Figura 6.31 Post procesado del molde, primera línea del programa 82

Figura 6.32 Post procesado del molde, generación del programa 83

Figura 6.33 Post procesado del molde, de manera continua y automática 84

CAPÍTULO 7. MODELADO DE UN ROTOR DE TURBINA DE REACCIÓN,

TECNOLOGÍA RTB (REACTION TURBINE BLADED)

Figura 7.1 Ventana inicial del programa 85

Figura 7.2 Diseño del perfil base a modelar 86

Figura 7.3 Bloque (tocho) en el que se va a realizar el molde 87

Figura 7.4 Perfil del rotor a modelar 87

Figura 7.5 Representación grafica del rotor RTB 88

Figura 7.6 Molde del rotor RTB 89

Figura 7.7 Definiendo las características de la máquina 90

Figura 7.8 Definiendo las características del bloque (tocho) 91

Figura 7.9 Definiendo los rasgos a maquinar 92


Marco Heriberto Calderón Gutiérrez Página ix

Figura 7.10 Simulación del maquinado del molde 93

Figura 7.11 Dimensiones iniciales del bloque (tocho) 94

Figura 7.12 Careado del bloque (tocho), bordes laterales 95

Figura 7.13 Careado del bloque (tocho), bordes laterales 95

Figura 7.14 Última etapa del careado, parte superior donde se va a trabajar 96

Figura 7.15 Proceso de careado terminado y el material está en condiciones

óptimas para continuar con la siguiente etapa 96

Figura 7.16 Simulación de las secuencias de maquinado generadas 97

Figura 7.17 Maquinado de desbaste, se comienza a observar el contorno

del cuerpo del rotor 98

Figura 7.18 Etapa final del maquinado de desbaste, el cuerpo del rotor está

definido, pero tiene un acabado burdo 98

Figura 7.19 Se realiza el cambio de herramienta para dar el maquinado final 99

Figura 7.20 Inicia el maquinado final del cuerpo del rotor 99

Figura 7.21 Maquinado final terminado 100


Marco Heriberto Calderón Gutiérrez Página 1

I. Introducción. En un mercado tan competitivo como el de hoy en día, que se desarrolla a pasos agigantados, es necesario utilizar cualquier tipo de herramienta que permita ayudar a los ingenieros y diseñadores de cualquier sector industrial, a satisfacer la demanda de productos innovadores y de alta calidad, en un menor tiempo y con un ahorro considerable tanto en costos como en materias primas.

Cuando se desarrollaron los sistemas de control numérico por computadora (CNC) la idea consistía en planificar cada movimiento que la máquina tenía que realizar para posteriormente ejecutar estos movimientos de manera más rápida y secuencial, evitando imprecisiones que se suelen cometer en cualquier proceso manual.

Actualmente, existen diferentes software tanto de diseño asistido por computadora (CAD), como de manufactura asistida por computadora (CAM), los cuales han abierto un nuevo panorama a la industria de la manufactura, ya que mediante estas herramientas electrónicas se han eficientizado los diferentes procesos de fabricación que se realizan en máquinas herramienta de control numérico, desde un torno (vertical u horizontal) hasta un centro de maquinado de 5 ejes capaz de trabajar con cien herramientas de corte distintas.

En esta tesina se hace mención del software SolidWorks, el cual es la parte del diseño asistido por computadora, es decir, es la parte de la manufactura donde se realiza el diseño geométrico y la representación gráfica del proyecto.

Entre otras muchas cualidades de SolidWorks, en este trabajo se muestra una manera sencilla de utilizarlo para diseñar un molde del cuerpo de un rotor, de una turbina de vapor.

Posteriormente SolidWorks también nos sirve de plataforma para utilizar el software CAMWorks en el cual, ahora cambiamos de la parte del diseño asistido por computador a la parte de la manufactura asistida por computadora, en donde transformamos el diseño digital que se hizo en SolidWorks a una representación física de ese mismo diseño.

Esta transformación de información, como ya se mencionó, se realiza utilizando el software CAMWorks, el cual nos permite definir desde el tipo de máquina a utilizar, hasta las dimensiones geométricas de las herramientas de corte con las que se va a estar trabajando, dando como resultado un lenguaje numérico (programa), con el que la máquina herramienta va a operar de manera automática hasta obtener el producto final, que es el diseño realizado desde un principio en SolidWorks.



II. Objetivos.

Conocer los orígenes y evolución que han tenido las máquinas herramientas.

Describir que es el control numérico por computadora.

Describir de manera general las turbinas de vapor, sus componentes y su funcionamiento.

Mostrar de manera general las características y las herramientas con que cuenta el software SolidWorks.

Ejemplificar la secuencia de diseño desde que se abre el programa, hasta la generación de secuencias de maquinado (Post Procesado).

Generar secuencias de maquinado (Post Procesado) para el molde de un cuerpo de rotor, de una turbina de vapor.



CAPÍTULO 1. LA MÁQUINA HERRAMIENTA

1.1. Historia y Evolución de la Máquina Herramienta La máquina herramienta es un tipo de máquina que se utiliza para dar forma a materiales sólidos, principalmente metales. Su característica principal es su falta de movilidad, ya que suelen ser máquinas estacionarias. El moldeado de la pieza se realiza por la eliminación de una parte del material, que se puede realizar por arranque de material, por estampado, corte o electroerosión.

El término “máquina herramienta” se suele reservar para herramientas que utilizan una fuente de energía distinta del movimiento humano, pero también pueden ser movidas por personas si se instalan adecuadamente o cuando no hay otra fuente de energía. Muchos historiadores de la tecnología consideran que las auténticas máquinas herramienta nacieron cuando se eliminó la actuación directa del hombre en el proceso de dar forma o troquelar los distintos tipos de herramientas. Por ejemplo, el primer torno que se puede considerar máquina herramienta fue el inventado alrededor de 1751 por Jacques de Vaucanson, ya que fue el primero que incorporó el instrumento de corte en una cabeza ajustable mecánicamente, quitándolo de las manos del operario.

Las máquinas herramienta pueden utilizar una gran variedad de fuentes de energía. Sin embargo, el desarrollo real de las máquinas herramienta comenzó tras la invención de la máquina de vapor, que llevó a la Revolución Industrial. Hoy en día, la mayor parte de ellas, por no de decir que todas, funcionan con energía eléctrica.

Las primeras máquinas utilizaban volantes para estabilizar su movimiento y poseían sistemas complejos de engranajes y palancas para controlar la máquina y las piezas en que trabajaba. Poco después de la Segunda Guerra Mundial se desarrollaron los sistemas de control numérico. Las máquinas de control numérico utilizaban una serie de números perforados en una cinta de papel o tarjetas perforadas para controlar su movimiento. En los años 60 se añadieron computadoras para aumentar la flexibilidad del proceso. Tales máquinas se comenzaron a llamar máquinas CNC, o máquinas de Control Numérico por Computadora. Las máquinas de control numérico pueden repetir secuencias una y otra vez con precisión, y pueden producir piezas mucho más complejas que las que pueda hacer el operario más experimentado.

Las máquinas-herramienta pueden operarse manualmente o mediante control automático.



La evolución del hombre y en particular de su tecnología se ha basado en la utilización de herramientas, éstas eran como la prolongación de las manos humanas. Las primeras máquinas herramientas que aparecieron fueron los tornos y los taladros, los cuales en principio eran muy rudimentarios. El movimiento se proporcionaba manual y directamente a la herramienta de corte o al material que se quería trabajar. El arco de violín fue ese primer embrión de máquina herramienta cuyo origen se pierde en el tiempo.

En 1250 el avance permitió dejar las manos libres, al poder imprimir el movimiento necesario con el pie mediante el artilugio de pedal y pértiga flexible.

A principios del siglo XVI Leonardo da Vinci tenía diseñadas tres máquinas fundamentales para el acuñado de monedas: la laminadora, la recortadora y la prensa de balancín. Sus diseños servirían de orientación para el desarrollo de máquinas en el futuro. Por esta época se descubrió la combinación del pedal con un vástago y una biela para conseguir el movimiento rotativo, que rápidamente se aplicó a las ruedas de afilar y poco más tarde a los tornos, a los cuales hubo que añadir un volante de inercia para poder evitar el efecto alto y bajo que producen los puntos muertos.

Figura 1.1 Boseto de un torno vertical de doble pértiga de Leonardo Da Vinci.

El torno va perfeccionándose y sobre 1658 se le añade el “mandril” y se comienza el maquinado de piezas de acero, en 1693 todavía no se había generalizado esa actividad.

En 1650, el matemático francés Blaise Pascal, enunció el principio de la prensa hidráulica, pero no se utilizaría para aplicaciones industriales hasta 1770, año en el que Bramach patentaba en Londres una prensa hidráulica. Años después se utilizaría en Francia para el acuñado de moneda.



Los fabricantes de relojes de los siglos XVII y XVIII ya utilizaban tornos y roscadoras que les permitían obtener muy buenas precisiones. Destaca el diseño de roscadora hecho por Jesé Ramsden en 1777.

1.2. El vapor como fuente de movimiento.

En el siglo XVIII aparece la máquina de vapor, siendo una de las causas de la revolución industrial y del perfeccionamiento de las máquinas-herramienta. La rueda hidráulica queda sustituida por la máquina de vapor y con ello el taller adquiere independencia en su ubicación. El movimiento se distribuye mediante poleas a todas las máquinas que lo componen, cosa que ya se había empezado a realizar con las ruedas hidráulicas. También se adquiere independencia del tiempo atmosférico, ya no se depende del caudal de los ríos, ya que de estos se obtenía la energía para producir el movimiento en las maquinas.

A partir de este momento comienza un proceso que duraría hasta nuestros días, la necesidad de diseñar máquinas precisas que permitan crear otras máquinas. Uno de los principales fabricantes de máquinas-herramienta de aquellos tiempos, el inglés Henry Maudslay, sería el primero en darse cuenta de esta necesidad. Fue él el que introdujo mejoras que garantizaron precisiones. La utilización de bancadas metálicas y las placas guía para los carros porta-herramientas y los husillos roscados fueron el fundamento del aumento de precisión y fiabilidad.

Para poder apreciar la precisión de una máquina en un trabajo hay que tener la herramienta precisa para la realización de la medida. El paso importante lo dio en 1805 Maudslay, que ya cinco años antes había realizado el primer torno íntegro de metal con un husillo guía patrón, el aparato medidor era un micrómetro al cual llamó “El señor Canciller” y podía medir hasta la milésima de pulgada.

Durante el siglo XIX el desarrollo de la máquina herramienta sería tremendo. Los logros conseguidos por Maudslay fueron el comienzo de un sin fin de máquinas diferentes que daban respuesta a las necesidades de las distintas industrias manufactureras y constructoras que requerían de gran precisión en las piezas mecanizadas.

Los herederos técnicos de Maudslay, Richard Roberts, James Nasmyth y Joseph Whitworth, son los artífices de esta evolución de creación. Roberts construye el cepillo puente, Nasmyth la primera limadora, y en 1817 el alemán Dietrich Uhlhöm realiza la prensa de acuñación de monedas, gran avance en la fabricación de las mismas.



Las prensas se perfeccionan en la segunda mitad del siglo XIX, cuando en 1867 aparece la prensa de fricción, del francés Cheret, y en tres años después la prensa excéntrica de la casa Blis & Williams de EE. UU.

El fresado nace con la Guerra de la Independencia de las colonias inglesas de América del Norte. La necesidad de la producción de grandes cantidades de armamento que obligó a su fabricación en serie, llevó a Ely Whitney a fabricar la primera fresadora en 1818, que 30 años después sería perfeccionada por el ingeniero Howe quien la dotaría de movimientos en los tres ejes, también desarrolla una fresadora copiadora.

J. R. Brown introduce el divisor en 1862 constituyendo un importante avance. La fresadora alcanza el máximo desarrollo en 1884 cuando la casa Cincinnati de Estados Unidos construye la fresadora universal, que incorpora por vez primera un carnero cilíndrico desplegable axialmente. Otro paso importante, antes de la automatización por control numérico, fue la introducción del cabezal giratorio que permite trabajar en cualquier plano entre el horizontal y el vertical producida en 1894 por el francés Huré.

Figura 1.2 Primera fresadora universal creada por Joseph R. Brown en 1862.

El torno paralelo que desarrolló Whitworth en 1850 se ha mantenido vigente hasta la actualidad y solo sufrió la mejora de la Caja Norton introducida en 1890 (Whitworth también desarrollo el estándar de rosca que lleva su nombre).

En 1854 se introdujo las torretas revólver en los tornos, naciendo así el torno revólver que posibilita la realización de diferentes operaciones manteniendo la pieza en una sola posición. Una variación de éstos fue la introducción del trabajo en barra continua. Para 1898 ya se habían desarrollado los tornos automáticos, que solucionaban las grandes producciones de pequeñas piezas.

El liderazgo inglés en el desarrollo y fabricación de máquinas herramienta pasó a principios del siglo XX a manos de los estadounidenses.



El desarrollo de la herramienta va unido al de la propia máquina. Así pues en 1865 salen las nuevas herramientas de acero aleado aumentando la capacidad del maquinado y en 1843 se realizan muelas de esmeril artificiales que permiten sustituir la obsoleta piedra arenisca.

El descubrimiento del acero rápido en 1898 por Taylor y White aumentó la velocidad de corte (la multiplicó por 3) y la capacidad de desprendimiento de viruta (por más de 7).

La fabricación de muelas desarrolla las rectificadoras, tanto cilíndricas como de superficie plana. El descubrimiento del carburo de silicio en 1891 por Edward Goodrich Acheson proporcionó la oportunidad de desarrollar máquinas con grandes velocidades de corte, abriendo de esta forma la oportunidad a la construcción de máquinas mucho más precisas y potentes que eran requeridas por la creciente industria automovilista.

1.3. El siglo XX, el gran avance industrial.

El siglo XX debe dividirse en dos períodos diferenciados, el que va de principio de siglo a finales de la Segunda Guerra Mundial y desde ésta a fin de siglo. Los avances son muy diferentes, mientras que en la primera parte se mantiene el ritmo de siglo XIX, en la otra la tecnología progresa muy rápidamente, en especial la electrónica, una nueva, la informática que permite junto con el conocimiento de materiales, unos cambios que se pueden considerar como revolucionarios.

1.3.1. Hasta el final de la II Guerra Mundial La electricidad como fuente de movimiento ya se había desarrollado a finales del XIX. En el XX los motores de corriente alterna y continua ocupan el lugar de las máquinas de vapor y son los encargados de accionar las transmisiones generales de los talleres industriales.

Para 1910 se comienza a utilizar tolerancias de milésimas de metro y se universaliza el micrómetro como aparato de medida de precisión. La industria del automóvil actúa como motor en el avance de las tecnologías de las máquinas herramientas y de medidas de precisión. Las exigencias de piezas intercambiables y de una precisión cada vez mayor hace que se produzcan avances importantes, como el de la punteadora vertical con mesa de coordenadas polares desarrollada por el suizo Prrenond Jacot que logra precisiones hasta entonces inimaginables.



La incorporación de diferentes tecnologías, como los cabezales de cojinetes, los rodamientos de bolas o los husillos de bolas, hacen que se produzca un considerable aumento de la productividad en toda la industria, en especial en la industria automotriz.

Los sistemas de movimientos y de control se van complicando y mejorando con incorporación de motores eléctricos locales, incluso para los diferentes ejes de una misma máquina, de igual manera se utilizan controles hidráulicos, neumáticos y eléctricos.

1.3.2. La segunda mitad del siglo XX

En 1943 el matrimonio de científicos soviéticos Lazarenko descubre y construye las primeras máquinas de electroerosión que se desarrolla a partir de 1950 y en especial de 1955 cuando los estadounidenses logran realizar máquinas similares. La electroerosión tendría otro avance espectacular al contar con las tecnologías electrónicas de control de finales de siglo, permitiendo desarrollar la “electroerosión por hilo”.

En 1948 ya se empiezan a desarrollar los primeros controles electrónicos para fresadoras. Después de una investigación protagonizada por el Instituto Tecnológico de Massachusetts se logra realizar un prototipo y presentarlo en 1952 (se programaba mediante cinta perforada y la máquina podía efectuar movimientos simultáneos coordinados en los tres ejes).

El desarrollo de la electrónica permite realizar, para comienzos de la década de los 70s controles electrónicos. Nace el concepto de control numérico que se generaliza en los años 80s y se beneficia del nacimiento y avances de la informática.

Con el control numérico y su extensión a todo tipo de máquinas nace el concepto de centro de maquinado, que es una máquina capaz de realizar las funciones de otras de diferente tipo, ya que tornea, fresa, mandrina, taladra... etc. ya que tiene un almacén de herramientas y es capaz de posicionar la pieza a maquinar en diferentes posiciones y en diferente colocaciones, todo ello con un control centralizado.

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CAPÍTULO 2. EL CONTROL NUMÉRICO POR COMPUTADORA

Las máquinas primitivas, en sus comienzos, dependían enteramente del control manual de cada función. Con frecuencia, se dependía de los músculos del hombre para hacer funcionar el mecanismo de movimiento así como para hacer avanzar la herramienta.

Actualmente, los controles de las máquinas se dividen en cuatro categorías:

1. Control manual completo. En este caso el operario realmente controla cada función y toma todas las decisiones en cuanto a velocidades, avances, profundidad y longitud del corte, y tiempo de la secuencia. En este tipo de control la secuencia de accionamiento es la siguiente:

a. Poner en marcha el husillo. b. Conectar el refrigerante. c. Posicionar la herramienta. d. Hacer avanzar la herramienta a la profundidad de corte. e. Poner en marcha la carrera de corte transversal. f. Detener esta ultima al completar el corte. g. Retirar la herramienta. h. Desconectar el refrigerante. i. Parar el husillo.

2. Control cíclico, tanto automático como semiautomático. En esta categoría se diseñaron los controles de las máquinas de manera que se pueda colocar un ciclo de corte predeterminado por medio de levas, topes mecánicos o interruptores eléctricos de límite. En este caso el operario pone en funcionamiento el ciclo y la máquina posiciona la herramienta, hace el avance a la profundidad preparada, recorre la carrera de corte, retira la herramienta, regresa a la posición inicial y detiene el funcionamiento.

3. Control seguidor o duplicador. La tercera categoría proporciona controles para contornos complejos, tanto en dos como en tres dimensiones, se les nombra controles seguidores o duplicadores. En este tipo de control es necesario poseer un patrón.



4. Control por mando pre-programado. La cuarta categoría de controles cubre las máquinas que han sido diseñadas para ser controladas por medio de señales o mandatos de una fuente pre-programada. La información para las órdenes de mando se coloca en las máquinas en muchas formas, por ejemplo:

Tarjetas perforadas Cintas magnéticas Cintas de papel perforado

2.1. Nace el control numérico

La industria metalmecánica cambió drásticamente durante la Segunda Guerra Mundial (1939-1945). Los ambiciosos proyectos, enfocados al desarrollo de misiles y la industria aérea de la Fuerza Aérea norteamericana, comenzaron a requerir la manufactura de piezas complicadas y exactas. Bajo contrato con la Fuerza Aérea norteamericana, Parsons Corporation se hizo cargo del desarrollo de un sistema de manufactura flexible diseñado para maximizar la productividad y alcanzar las exactitudes deseadas para pequeñas y medianas producciones. La compañía Parsons Corporation a su vez subcontrató el desarrollo del sistema de control al Laboratorio de Servomecanismos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT). En 1952 la máquina mecanizadora Cincinnati Hydrotel de tres ejes controlada con tecnología digital fue desarrollada. Esta tecnología digital es la que se conoce como control numérico (CN). 2.2. Evolución del control numérico A continuación se muestra de manera breve la evolución que ha tenido el control numérico: 1725. Máquinas de tejer construidas en Inglaterra, controladas por tarjetas perforadas. 1863. M. Forneaux. Primer piano que toco automáticamente. 1870-1890. Eli Whitney. Desarrollo de plantillas y dispositivos. “Sistema norteamericano

de manufactura de partes intercambiables”. 1880. Introducción de una variedad de herramientas para el maquinado de metales.

Comienzo del énfasis en la producción a gran escala.



1940. Comienzo de la investigación y desarrollo del control numérico. Comienzo de los experimentos de producción a gran escala con control numérico.

1955. Las herramientas automatizadas comenzaron a aparecer en las plantas de producción

para la Fuerza Aérea de los Estados Unidos. 1956. Hay concentración en la investigación y desarrollo del control numérico. 1960. Hasta la actualidad:

Se perfeccionaron las aplicaciones a la producción de una gama más grande de procedimientos de maquinado de metales.

Se idearon aplicaciones a otras actividades diferentes del maquinado de metales.

Se utilizaron insumos computarizados de control numérico.

Se utilizaron documentos computarizados de planeación gráficos por control

numérico.

Se desarrollaron procedimientos computarizados de trazo de curvas de nivel por control numérico, a bajo costo.

Se establecieron centros de maquinado para utilización general.

Hoy en día sofisticados centros de maquinado, controlados mediante Control Numérico (CN), mantienen el control sobre seis ejes de movimiento y pueden literalmente esculpir complejas superficies. Una computadora controla la posición y velocidad de los motores que accionan los ejes de la máquina. Gracias a esto, se pueden hacer movimientos que no se pueden lograr manualmente, como círculos, líneas diagonales y figuras complejas tridimensionales. Las máquinas CNC son capaces de mover la herramienta al mismo tiempo en los tres ejes para ejecutar trayectorias tridimensionales como las que se requieren para el maquinado de complejos moldes y troqueles. En una máquina CNC una computadora controla el movimiento de la mesa, el carro y el husillo. 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.



El Control numérico (CN) es un método de control de movimientos de los componentes de una máquina que se realiza insertando instrucciones alfanuméricas en el sistema. El sistema automáticamente interpreta esas instrucciones y las convierte en señales de salida.

Esas señales controlan varios componentes de la máquina, que hacen, por ejemplo, mover la pieza o la herramienta a determinados lugares, cambiar las herramientas, etc.

En el CN, las instrucciones incumben todos los aspectos operativos de la máquina, como lugares, velocidades, alimentación, etc., y son guardadas en cintas magnéticas, casetes, diskettes o discos rígidos, papel, plástico o en la memoria (disco duro de la máquina). El concepto de CN es que esa información puede ser revelada desde esos dispositivos al panel de control de la máquina.

En el Control Numérico Computarizado, el control del hardware montado en la máquina con CN lo hace una computadora local con un software. Hay dos tipos de sistemas computarizados: el Control Numérico Directo (CND) y el Control Numérico Computarizado (CNC).

En el CND, varias máquinas son directamente controladas por una computadora central. El operador tiene acceso a dicha computadora a través de una terminal remota. Entonces, se elimina el manejo de cintas o la necesidad de tener una computadora para cada máquina, y el estado de todas las máquinas puede ser monitoreado desde la computadora central. Sin embargo, la principal desventaja es que si deja de funcionar esa computadora central, todas las máquinas dejan de operar.

Más tarde se implementó el uso de un servidor con varios terminales (uno para cada máquina). Esto le daba más memoria y capacidad, pero seguía teniendo el mismo problema.

El CNC es un sistema en el cual una microcomputadora es una parte integral del control de una máquina. El programa puede ser preparado desde un lugar remoto, y puede incorporar información obtenida de software de diseño y de simulaciones de maquinado. Pero también el operador puede fácilmente programar en forma manual desde la computadora que contiene la máquina, además de poder modificar los programas anteriores y guardarlos. Como esas computadoras son de pequeño tamaño y con una gran memoria, el CNC es hoy en día usado ampliamente.



2.3. Programación de las máquinas de control numérico. Por programación se entiende al conjunto de operaciones preventivas que hacen luego efectuar a la máquina un ciclo determinado. Es por lo tanto, la operación de preparar las informaciones o instrucciones que serán proporcionadas a la herramienta y condicionan su modo de trabajo. En general, dicha información necesaria para la ejecución de una pieza en CNC puede ser de tipo geométrica o de tipo tecnológica. La información geométrica es la que contiene los datos referentes a las superficies de referencia, origen de los movimientos, etc. Son las dimensiones de la pieza, terminación superficial, tolerancias, dimensiones de la herramienta, longitud de las carreras, etc. La información tecnológica describe los datos referentes a las condiciones de mecanizado, los materiales, el modo de funcionamiento de la máquina, etc. En definitiva, todos aquellos que no tienen que ver con la geometría de la pieza. Son la velocidad de avance, velocidad de rotación, características del material de la pieza, características de la herramienta, clase de refrigerante, modo de funcionamiento de la máquina, etc. La preparación de esta información para el control numérico se denomina programación. Así, para la realización del programa, es necesario conocer o establecer la capacidad y características de la máquina-herramienta: potencia, velocidades, esfuerzos admisibles, etc. Se pueden utilizar dos métodos: Programación Manual y Programación Automática. 2.3.1. Programación manual En este caso, el programa de la pieza a maquinar se escribe únicamente por medio de razonamientos y cálculos que realiza un operario. El programa de maquinado comprende todo el conjunto de datos que el control de la máquina necesita para realizar el maquinado de la pieza. Al conjunto de informaciones que corresponde a una misma fase del maquinado se le denomina bloque o secuencia, que se numeran para facilitar su búsqueda. Una secuencia o bloque de programa debe contener todas las funciones geométricas, funciones máquina y funciones tecnológicas del mecanizado. De tal modo, un bloque de programa consta de varias instrucciones. El comienzo del control numérico ha estado caracterizado por un desarrollo anárquico de los códigos de programación. Cada constructor utilizaba el suyo particular. Posteriormente, se vio la necesidad de normalizar los códigos de programación como condición indispensable para que un mismo programa pudiera servir para diversas máquinas con tal de que fuesen del mismo tipo. Los caracteres más usados comúnmente, regidos bajo la norma DIN 66024 y 66025 son, entre otros, los siguientes:



La letra “N”, es la dirección correspondiente al número de bloque o secuencia. Esta dirección va seguida normalmente de un número de tres o cuatro cifras. Dichas cotas se pueden programar en forma absoluta o relativa, es decir, con respecto al cero pieza o con respecto a la última cota respectivamente. La letra “G” es la dirección correspondiente a las funciones preparatorias. Se utilizan para informar al control de las características de las funciones de mecanizado, como por ejemplo, forma de la trayectoria, tipo de corrección de herramienta, parada temporizada, ciclos automáticos, programación absoluta y relativa, etc. La función G va seguida de un número de dos cifras que permite programar hasta 100 funciones preparatorias diferentes. Ejemplos:

G00: El trayecto programado se realiza a la máxima velocidad posible, es decir, a la velocidad de desplazamiento en rápido.

G01: Los ejes se gobiernan de tal forma que la herramienta se mueve a lo largo de una línea recta.

G02: Interpolación circular en sentido horario.

G03: Interpolación circular en sentido anti horario.

G33: Indica ciclo automático de roscado.

G40: Cancela compensación.

G41: Compensación de corte hacia la izquierda.

G42: Compensación de corte a la derecha.

G77: Es un ciclo automático que permite programar con un único bloque el torneado de un cilindro, etc.

La letra “M” es la dirección correspondiente a las funciones auxiliares o complementarias. Se usan para indicar a la máquina herramienta que se deben realizar operaciones tales como parada programada, rotación del husillo a derechas o a izquierdas, cambio de útil, etc. La instrucción M va seguida de un número de dos cifras que permite programar hasta 100 funciones auxiliares diferentes. Ejemplos:

M00: Provoca una parada incondicional del programa, detiene el husillo y la refrigeración.

M01: Alto opcional.



M02: Indica el fin del programa. Se debe escribir en el último bloque del programa y posibilita la parada del control una vez ejecutadas el resto de las operaciones contenidas en el mismo bloque.

M03: Permite programar la rotación del husillo en sentido horario

M04: Permite programar la rotación del husillo en sentido anti horario, etc.

(nota: el sentido de giro del usillo es visto por detrás de la maquina).

La letra “F” es la dirección correspondiente a la velocidad de avance. Va seguida de un número de cuatro cifras que indica la velocidad de avance en mm/min. La letra “S” es la dirección correspondiente a la velocidad de rotación del husillo principal. Se programa directamente en revoluciones por minuto, usando cuatro dígitos. Las letras “I, J, K” son direcciones utilizadas para programar arcos de circunferencia. Cuando la interpolación se realiza en el plano X-Y, se utilizan las direcciones I y J. Análogamente, en el plano X-Z, se utilizan las direcciones I y K, y en el plano Y-Z, las direcciones J y K. La letra “T” es la dirección correspondiente al número de herramienta. Va seguido de un número de cuatro cifras en el cual los dos primeros indican el número de herramienta y los dos últimos el número de corrección de las mismas. 2.3.2. Programación Automática En este caso, los cálculos los realiza una computadora, la cual suministra en su salida el programa de la pieza en lenguaje máquina. Por esta razón recibe el nombre de programación asistida por computadora.



CAPÍTULO 3. SOFTWARES CAD & CAM, UNA NUEVA HERRAMIENTA UTILIZADA EN LA INDUSTRIA DE LA MANUFACTURA El lenguaje de programación es la comunicación con la computadora y encierra el uso de caracteres simbólicos. El programador describe el componente a ser procesado en este lenguaje, y la computadora lo convierte en comandos para la máquina. El primer lenguaje fue el APT (Automatically Programed Tools), que es todavía usado para programación punto a punto y continuo. Antes del desarrollo del Diseño Asistido por Computadora (CAD), el mundo de la manufactura adoptó herramientas que eran controladas por números y cartas para llenar la necesidad de manufacturar complejas formas de manera repetitiva y exacta. Durante la década de los 50’s estas máquinas controladas numéricamente, utilizaban la tecnología de esos tiempos la cual consistía en cintas de papel perforadas, mismas que alimentaban números a los controles de las máquinas y estos a su vez estaban cableados con los motores de posicionamiento en el trabajo de máquinas herramienta. La naturaleza electro-mecánica de los controladores permitió que las tecnologías digitales fueran fácilmente incorporadas a medida que estas se desarrollaban. A finales de los 60’s los centros de maquinado controlados numéricamente estuvieron comercialmente disponibles incorporando una variedad de procesos de maquinado y un control automático de cambios de herramienta. Tales herramientas fueron capaces de realizar trabajos en múltiples superficies de una pieza de trabajo, moviendo la pieza de trabajo a posiciones programadas de antemano y utilizando una variedad de herramientas, todo automáticamente. Incluso, el mismo trabajo podía ser realizado una y otra vez con una extraordinaria precisión, con una ligera ayuda de un operador. Las herramientas de control numérico mejoraron inmediatamente la automatización de la manufactura, a un nuevo nivel, una vez que los ciclos de retroalimentación fueron incorporados (la herramienta le indica a la computadora en donde esta, mientras que la computadora le indica a la herramienta donde debería de estar). Lo que finalmente hizo que la tecnología del Control Numérico fuera enormemente exitosa fue el desarrollo de el lenguaje de programación universal llamado Programación Automática de Herramientas (Automatically Programmed Tools), anunciado en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en 1962; el APT permitió a los programadores desarrollar post-procesadores específicos para cada tipo de herramienta de control numérico, de modo que la salida de datos del programa APT podía ser compartida en las diferentes partes con diferentes capacidades de programación.



Hoy en día la industria necesita adaptarse a las nuevas tecnologías emergentes que le permita simplificar, optimizar y elevar la calidad de los procesos de diseño y manufactura. Esto significa que es propicio el ambiente para la utilización de sistemas de diseño y manufactura asistidos por computadora CAD/CAM.

CAD/CAM es el proceso en el cual se utilizan las computadoras para mejorar la fabricación, desarrollo y diseño de los productos. De tal manera que estos pueden fabricarse de manera más rápida, con mayor precisión y a menor precio, con la aplicación adecuada de tecnología informática. Los sistemas de diseño asistido por computadora (CAD, acrónimo de Computer Aided Design) pueden utilizarse para generar modelos con muchas, si no todas, de las características de un determinado producto.

Estas características podrían ser el tamaño, el contorno y la forma de cada componente, almacenados como dibujos en dos y tres dimensiones. Una vez que estos datos dimensionales han sido introducidos y almacenados en el sistema informático, el programador puede manipularlos o modificar las ideas del diseño con mayor facilidad para avanzar en el desarrollo del producto. Además, pueden compartirse e integrarse las ideas combinadas de varios programadores, ya que es posible mover los datos dentro de redes informáticas, con lo que los programadores e ingenieros situados en lugares distantes entre sí pueden trabajar como un equipo. Los sistemas CAD también permiten simular el funcionamiento de un producto. Hacen posible verificar, por ejemplo, si un circuito electrónico propuesto funcionará tal y como está previsto que funcione, si un puente será capaz de soportar las cargas pronosticadas sin ningún peligro.

Cuando los sistemas CAD se conectan a equipos CNC, conforman un sistema integrado CAD/CAM (CAM, acrónimo de Computer Aided Manufacturing). La manufactura asistida por computadora ofrece significativas ventajas con respecto a los métodos más tradicionales de control de equipos de fabricación. Por lo general, los equipos CAM conllevan la eliminación de los errores del operador y la reducción de los costos de mano de obra. Sin embargo, la precisión constante y el óptimo uso del equipo representan ventajas aún mayores. Por ejemplo, las herramientas de corte se desgastarán más lentamente y se estropearían con menos frecuencia, lo que reduciría todavía más los costos de fabricación.

Los equipos CAM se basan en una serie de códigos numéricos, almacenados en archivos informáticos, para controlar las tareas de fabricación. Este Control Numérico por Computadora (CNC) se obtiene describiendo las operaciones de la máquina en términos de los códigos, mencionados en el capitulo anterior, creando archivos informáticos especializados o programas de piezas. La creación de estos programas de piezas es una tarea que, en gran medida, se realiza hoy en día por software informático especial que crea el vínculo entre los sistemas CAD y CAM.



CAPÍTULO 4. TURBINAS DE VAPOR

Una turbina de vapor es una turbo máquina motora, que transforma la energía de un flujo de vapor, de agua o vapor de agua, en energía mecánica a través de un intercambio de cantidad de movimiento entre el fluido de trabajo (vapor) y el rotor. El elemento básico de la turbina es la rueda o rotor, que cuenta con palas (también nombradas hélices o cuchillas) colocadas alrededor de su circunferencia, los álabes tienen una forma particular para poder realizar el intercambio energético, de tal forma que el fluido en movimiento genere una fuerza tangencial que impulse la rueda haciéndola girar. Esta energía que se trasfiere a el rotor (eje), la cual comúnmente es utilizada para proporcionar el movimiento de una máquina, un compresor, un generador eléctrico o una hélice. Las turbinas de vapor están presentes en diversos ciclos de potencia que utilizan un fluido que pueda cambiar de fase, entre estos, el más importante es el Ciclo Rankine, el cual genera el vapor en una caldera, de la cual sale en unas condiciones de elevada temperatura y presión.

En una turbina se pueden distinguir dos partes, el rotor y el estator (carcasa). El rotor está formado por ruedas de álabes unidas al eje y que constituyen la parte móvil de la turbina. El estator también está formado por álabes, que no están unidos al rotor, sino a la carcasa de la turbina.

El termino turbina de vapor es muy utilizado para referirse a una máquina motora la cual cuenta con un conjunto de turbinas que transforman la energía del vapor, así como también se utiliza el mismo término para referirse a el conjunto del rotor y los alabes fijos.

Las turbinas se clasifican en turbinas hidráulicas o de agua, turbinas de vapor y turbinas de combustión. Hoy en día la mayor parte de la energía eléctrica mundial se produce utilizando generadores movidos por turbinas.



Figura 4.1 Ensamble general de turbina competa, con un módulo de alta presión, uno de media presión y dos de baja presión.



4.1. Elementos de una turbina de vapor.

Los elementos principales de una turbina de vapor son:

Rotor: es el elemento móvil del sistema. La energía desprendida por el vapor en la turbina se convierte en energía mecánica en este elemento.

Dado que la turbina está dividida en un cierto número de etapas, el rotor está compuesto por una serie de ruedas de álabes, una por cada escalonamiento de la turbina.

Los álabes se encuentran unidos al eje de la turbina (cuerpo del rotor) moviéndose con él.

Figura 4.2 Cuerpo de rotor, de turbina de vapor.



Cuerpo interno (estator): el cuerpo interno está constituido por la propia carcasa de la turbina. Al igual que el rotor, el estator está formado por una serie de ruedas de álabes, correspondiendo cada una a una etapa o escalonamiento de la turbina.

Figura 4.3 Cuerpo interno (estator) de la turbina de vapor.

Figura 4.4 Elementos principales de la turbina.



Toberas: el vapor es alimentado a la turbina a través de estos elementos. Su labor es conseguir una correcta distribución del vapor entrante/saliente al/desde el interior de la turbina.

Figura 4.5 Vista axial del cuerpo interno, mostrando el arreglo de toberas.



Figura 4.6 Turbina de vapor seccionada, donde se pueden apreciar el ensamble final de los componentes de la

turbina.



4.2. Funcionamiento de la turbina de vapor.

El funcionamiento de la turbina de vapor se basa en el principio termodinámico que expresa que cuando el vapor se expande disminuye su temperatura y se reduce su energía interna. Esta reducción de la energía interna se transforma en energía mecánica por la aceleración de las partículas de vapor, lo que permite disponer directamente de una gran cantidad de energía.

Cuando el vapor se expande, la reducción de su energía interna puede producir un aumento de la velocidad de las partículas a unos 2 900 km/hr.

A estas velocidades la energía disponible es muy elevada, a pesar de que las partículas son extremadamente ligeras.

Si bien están diseñadas de dos formas diferentes, las partes fundamentales de las turbinas de vapor son parecidas. Consisten en boquillas o chorros a través de los que pasa el vapor en expansión, disminuyendo la temperatura y ganando energía cinética, mientras que, en los álabes, actúa la presión de las partículas de vapor a alta velocidad. La disposición de las boquillas de entrada de vapor y de los alabes depende del tipo de turbina.

Figura 4.7 Funcionamiento de una Turbina de Vapor.



4.3. Tipos de turbina de vapor.

Existen las turbinas de vapor en una gran variedad de tamaños, desde las unidades utilizadas para accionar bombas, compresores etc. Hasta turbinas utilizadas para generar electricidad. Hay diversas clasificaciones para las turbinas de vapor modernas, y por ser turbo máquinas son susceptibles a los mismos criterios de clasificación. Es común clasificarlas de acuerdo a su reacción:

Turbinas de Acción

En este tipo de turbinas, el cambio o salto entálpico, o expansión, es realizada en los álabes directores o las toberas de inyección, si se trata de la primera etapa de un conjunto de turbinas, estos elementos están sujetos al estator. En el paso del vapor por el rotor la presión se mantendrá constante y habrá una reducción de la velocidad.

La forma más sencilla de la turbina de vapor, es la turbina de acción, en la que las boquillas de inyección de la turbina, están sujetas a un punto dentro de la carcasa de la turbina, y los álabes están dispuestos en los bordes de las ruedas del rotor. El vapor pasa a través de las boquillas y posteriormente a los álabes rotatorios. Estos absorben una parte de la energía cinética del vapor en expansión, lo que hace girar las ruedas y con ellas el rotor al que están unidas. La turbina está diseñada de forma que el vapor que entra por un extremo de la misma se expande hasta que ha perdido la mayor parte de su energía interna.

Figura 4.8 Rotor de Turbina de Acción.



Turbinas de Reacción

En este tipo de turbina, la expansión o el salto entálpico del vapor puede realizarse tanto en el rotor como en los álabes fijos de la carcasa, cuando este salto ocurre únicamente en el rotor la turbina se conoce como de reacción pura.

En la turbina de reacción la energía mecánica se obtiene de la aceleración del vapor en expansión. Las turbinas de este tipo cuentas con dos grupos álabes, unos móviles y otros fijos. Los álabes están colocados de tal forma que cada par (fijos y móviles) actúa como una boquilla a través de la cual pasa el vapor mientras se expande. Los alabes de las turbinas de reacción suelen ir montados directamente en el cuerpo del rotor, en lugar de los bordes de ruedas.

Figura 4.9 Rotor de Turbina de Reacción.



Para que la energía del vapor se utilice eficientemente en ambos tipos de turbina, es necesario utilizar varias etapas, ya que en cada una de las etapas se convierte en energía cinética y una parte de la energía térmica del vapor. Si se hiciera toda la conversión de los dos tipos de energía en una sola etapa, la velocidad rotatoria de la rueda seria excesiva. Por lo general, se utilizan más escalones en las turbinas de reacción que en las turbinas de acción.

Se puede comprobar que con el mismo diámetro y la misma cantidad de energía, la turbina de reacción necesita el doble de etapas para obtener un rendimiento máximo. Las turbinas más grandes, que por lo general son de acción, emplean hasta cierto grado la reacción al principio del recorrido del vapor para que el flujo de vapor sea eficaz. Muchas de las turbinas de reacción utilizan primero una etapa de acción, lo cual reduce el número de escalones necesarios.

A causa del aumento de volumen del vapor cuando se expande, es necesario aumentar en cada etapa el tamaño de las aberturas a través de las cuales pasa el vapor. Durante el diseño real de las turbinas, este aumento se consigue alargando los alabes de un escalón a otro y aumentando el diámetro del rotor o la rueda a la que están acoplados los álabes. Como resultado de esto, una turbina industrial pequeña puede ser prácticamente cónica, con el diámetro más pequeño en el extremo de entrada, de mayor presión, y el diámetro mayor en el extremo de salida. Las grandes turbinas de una central eléctrica nuclear pueden tener cuatro rotores con una sección de alta presión con flujo doble, seguida de tres secciones de baja presión y flujo doble.

Figura 4.10 Esquema general de una turbina completa con modulo de alta, media y baja presión.



Las turbinas de vapor son máquinas simples que tienen prácticamente una sola parte móvil, el rotor. Sin embargo, requieren algunos componentes auxiliares para funcionar, por ejemplo, cojinetes de contacto plano para sostener el eje, cojinetes de empuje para mantener la posición axial del eje, un sistema de lubricación de los cojinetes y un sistema de estanqueidad que impide que el vapor salga de la turbina y que el aire entre en ella. La velocidad de rotación se controla con válvulas en la admisión de vapor de la máquina. La caída de presión en los álabes produce además una fuerza axial considerable en los álabes móviles, lo que se suele compensar con un pistón de equilibrio, que crea a su vez un empuje en sentido opuesto al del vapor.

La eficiencia de expansión de las turbinas modernas de varias etapas es alta, dado el avanzado estado de desarrollo de los componentes utilizados en las turbinas y la posibilidad de recuperar las pérdidas de un módulo en los siguientes, con un sistema de recalentamiento.

4.4. Abastecimiento de vapor y condiciones de escape.

Estas categorías incluyen turbinas condensadoras, no condensadoras, de calentamiento, extracción e inducción.

Las turbinas de no condensación o de contrapresión son más ampliamente usadas para aplicaciones de vapor en distintos procesos. La presión de salida es controlada por una válvula reguladora para satisfacer las necesidades de presión en el vapor del proceso. Se encuentran comúnmente en refinerías, plantas de papel y pulpa, y en instalaciones de desalinización, donde se dispone de grandes cantidades de vapor de proceso a baja presión.

Las turbinas condensadoras se encuentran comúnmente en plantas de potencia eléctrica. Estas turbinas expelen vapor en estado parcialmente saturado, generalmente con calidad mayor al 90%, a una presión bastante inferior a la atmosférica hacia un condensador.

Las turbinas de recalentamiento también son usadas casi exclusivamente en plantas de potencia eléctrica. En una turbina de recalentamiento, el flujo de vapor sale de una sección a alta presión de la turbina y es regresado a la caldera donde se le vuelve a sobrecalentar. El vapor entonces regresa a una sección de presión intermedia de la turbina y continúa su expansión.

Las turbinas de extracción se encuentran en todo tipo de aplicaciones. En una turbina de extracción, el vapor es liberado en diversas etapas y aprovechado en distintos procesos industriales también puede ser enviado a calentadores de agua para mejorar la eficiencia del ciclo.



4.5. Avances en el diseño de las turbinas.

Muchas de las pequeñas instalaciones en presas construidas antes de 1930 han sido abandonadas debido a su alto costo de mantenimiento y la mano de obra que requieren.

Sin embargo, el aumento de los costos de los combustibles fósiles han hecho volver la mirada hacia este tipo de sistemas. Con el desarrollo de turbinas de hélice normalizadas con ejes casi horizontales, las instalaciones pequeñas han recuperado su atractivo original.

Se han diseñado turbinas que actúan como bombas cuando funcionan a la inversa, invirtiendo el funcionamiento del generador eléctrico para que funcione como motor. Dado que no es posible almacenar energía de manera económica, este tipo de bombas turbina se utiliza para bombear agua hacia los embalses, aprovechando la energía eléctrica generada por las centrales nucleares y térmicas durante las horas de poco consumo. El agua embalsada se emplea de nuevo para generar energía eléctrica durante las horas de consumo elevado. En los últimos años se han desarrollado turbinas para caídas de hasta 600 m y con capacidades de más de 400Mw.

Las turbinas han evolucionado mucho, desde que surgieron como simples ruedas, después empezaron a conectarse a otros aparatos para utilizarse como máquinas como las de un molino de papel, pero aquí no se detuvo su evolución y siguió evolucionando hasta las centrales (normalmente eléctricas) de hoy en día.

La aplicación de las turbinas de vapor es muy frecuente para obtener energía eléctrica ya sea por cualquier método posible. Un claro ejemplo es que las turbinas se pueden utilizar de muchas maneras como, por ejemplo, en un central Térmica, una Geotérmica o una Nuclear.

Mediante las turbinas hemos podido aprovechar diversas energías que no podrían haber sido aprovechadas de otra manera. Con estas hemos podido sacar provecho de muchos tipos distintos de energías como la nuclear o la térmica.



CAPÍTULO 5. ¿QUÉ ES SOLIDWORKS?

SolidWorks es un software de automatización de diseño mecánico, el cual en base a características definidas puede realizar modelados de sólidos, de tal manera, que es una herramienta diseñada para permitir un amigable aprendizaje del mismo; así mismo, aprovecha la ventaja de tener una interfaz gráfica conocida por el usuario del ambiente Windows de Microsoft.

Con este software se pueden crear modelos sólidos en 3D con o sin limitaciones mediante el uso automático o no de las relaciones definidas por el usuario para realizar un determinado diseño.

5.1. Basado en características

Así como un ensamble esta hecho de un cierto número de partes individuales, un modelo de SolidWorks está hecho con una serie de elementos, estos elementos son llamados “Características”.

Cuando un usuario utiliza el software SolidWorks para crear un modelo, dicho modelo es fácil de entender, ya que el modelo tiene características geométricas tales como patrones, cortes, barrenos, chaflanes etc. Así como cada característica es creada, estas son aplicadas directamente a la pieza de trabajo.

Las características del dibujo pueden ser clasificadas ya sea por como son dibujadas o por como son aplicadas.

Características Dibujadas:

Las características dibujadas son aquella que están creadas en un dibujo 2D. Generalmente este dibujo es transformado en solido, ya sea por extrusión, por rotación o por un trazo.

Características Aplicadas:

Las características aplicadas, son aquellas que se crean directamente sobre un modelo sólido. Un redondeado o un chaflán son algunos ejemplos de estas características.

El software SolidWorks gráficamente muestra las características basadas en la estructura que el usuario diseña, en una ventana especial llamada Gestor de Diseño del FeatureManager.

El Gestor de Diseño del FeatureManager no solamente muestra la secuencia en que cada rasgo fue creado, sino que también brinda un fácil acceso a toda la información asociada a las operaciones.



5.2. Parámetros.

Las dimensiones y las relaciones usadas para crear un característica o rasgo, son capturadas y almacenada en el modelo. Esto no solamente le permite al usuario capturar su diseño, sino que también le permite realizar cambios de manera fácil y rápida en el modelo.

5.2.1 Dimensiones Base.

Las dimensiones base, son las dimensiones que se usan cuando es creada una característica. Esto incluye las dimensiones asociadas con el bosquejo geométrico. Un ejemplo simple seria el diseño de un cilindro, en donde el diámetro patrón es controlado por el diámetro del círculo bosquejado y la altura del cilindro es controlada por la profundidad con la cual el círculo fue extruido cuando la figura fue realizada.

5.2.2 Relaciones.

Las relaciones se refieren a la información de paralelismo, tangencia y concentricidad que contiene el diseño. Históricamente este tipo de información ha sido comunicada en los dibujos mediante símbolos de control. Capturando esta información en el bosquejo, SolidWorks le muestra al usuario toda esta información en la parte frontal del modelo.

5.3. Modelando Sólidos.

Un modelo sólido es el tipo de geometría más completo usado en los sistemas de CAD. Contiene todo el diseño de líneas (marco de líneas) y superficies geométricas necesarias para describir completamente las caras y los bordes del modelo. En forma adicional a la información geométrica, también contiene un tipo de información llamada información topológica que relaciona la geometría de manera conjunta. La información topológica en un sólido, por ejemplo, nos sirve para conocer qué cara (superficie) corresponde a que borde (Curva). Por la manera inteligente, con que trabaja el software, esta relación se puede realizar de manera sencilla mediante una operación de redondeo, solamente basta con seleccionar un borde de una superficie y especificar un radio, para realizar la correlación de los rasgos.



5.4. Completamente asociativo.

Un modelo de SolidWorks está completamente asociado a los dibujos y ensambles que hacen referencia al mismo, es decir, al momento de realizar cambio en el modelo, automáticamente estos cambios son reflejados de manera asociativa en las dibujos (bosquejos) y en el ensamble. Así mismo el usuario puede realizar cambios en el contexto de los dibujos o en los ensambles y saber que esos cambios van a repercutir en el modelo.

5.5. Limitaciones.

Las relaciones geométricas como el paralelismo, perpendicularidad, horizontalidad, verticalidad y concentricidad son algunas limitaciones soportadas en SolidWorks. De manera adicional, el programa permite introducir ecuaciones para establecer relaciones matemáticas entre los parámetros. Mediante el uso de limitaciones y ecuaciones, el usuario puede garantizar los conceptos del diseño, tales como radios iguales a través de barrenos, que son capturados y mantenidos.

5.6. Intención del diseño.

La intención del diseño, consiste en como el usuario planea que el modelo se comporte al momento de realizar cambios. Por ejemplo, si el modelo contiene un patrón con barrenos, el barreno será movido al momento de que el bosquejo patrón se mueva. Así mismo, si el usuario modela un arreglo circular de seis barrenos espaciados simétricamente entre ellos, el ángulo entre los barrenos va a cambiar automáticamente, si se cambia a ocho el número de barrenos. Las técnicas que el usuario utilice para crear el modelo determina como y que intención de diseño desea capturar.



5.7. Interfaz de usuario de SolidWorks.

La interface del software SolidWorks es originalmente una internase de Windows, y se compota de la misma manera que cualquier otra aplicación de Windows. Algunos de los aspectos más importantes son identificados en la siguiente figura.

Figura 5.1 Interfaz de usuario de SolidWorks.

5.7.1. Barra de menús.

Los menús contienen casi todos los comandos de SolidWorks. Los menús y los elementos de menú están disponibles dependiendo del tipo de documento activo y de la personalización del flujo de trabajo. Numerosos comandos también están disponibles en:

Administrador de comandos.

Barras de herramientas.

Menús contextuales.

Panel de tareas.



Se pueden personalizar los menús para ocultar o mostrar elementos, así como también se pueden ocultar todos los menús en el modo de pantalla completa.

Figura 5.2 Representación grafica del modo pantalla completa.

5.7.2. Administrador de comandos.

El administrador de comandos es una barra de herramientas sensible al contexto que se actualiza dinámicamente en función de la barra de herramientas a la que se desee acceder. De forma predeterminada, tiene barras de herramientas incrustadas en función del tipo de documento.

Al hacer clic en una pestaña del Administrador de comandos, éste se actualiza para mostrar la barra de herramientas correspondiente. Por ejemplo, si hace clic en la pestaña Croquis, aparece la barra de herramientas Croquis.

Figura 5.3 Representación gráfica de barras de herramientas.



El usuario puede utilizar el Administrador de comandos para acceder a los botones de las barras de herramientas en una ubicación central y ahorrar espacio para la zona de gráficos.

Para alternar las descripciones y el tamaño de los botones, hacer clic con el botón derecho del rato en el Administrador de comandos y seleccione o desactive “Usar botones grandes con texto”. Esta opción también está disponible en Herramientas, Personalizar en la Barra de herramientas.

5.7.3. Configuration Manager.

El Configuration Manager está situado a la izquierda de la ventana de SolidWorks, y proporciona un medio para crear, seleccionar y ver múltiples configuraciones de piezas y ensambles en un documento.

Puede dividir el Configuration Manager y ver dos partes de él o combinarlo con el gestor de diseño del FeatureManager, el PropetyManager o aplicaciones complementarias que utilicen en el panel.

En ensambles, el Configuration Manager tiene una sección para controlar los estados de visualización. Para activar el Configuration Manager, hacer clic en la pestaña Configuration

manager en la parte superior del panel izquierdo.



5.7.4. Perspectiva general del PropetyManager.

El PropetyManager aparece en la pestaña PropetyManager en el panel situado a la izquierda de la zona de gráficos. Se abre al seleccionar entidades o comandos definidos en el PropetyManager.

En el PropetyManager, podemos encontrar la siguiente información:

*Barra de título. Muestra el icono de operación y el nombre de operación que se está utilizando (Extruir por ejemplo).

Figura 5.4 Representación grafica del PropetyManager ejecutando el comando “Extrude”.



*Botones:

Aceptar: Acepta las selecciones, ejecuta comandos y cierra el PropetyManager.

Cancelar: Ignora las selecciones y cierra el PropetyManager.

Vista Preliminar: Visualiza una vista preliminar de la operación.

Ayuda. Abre el tema correspondiente de la ayuda.

Mantener visible. Utiliza la tachuela para dejar el PropetyManager abierto.

Anterior: Permite regresar a el paso anterior.

Siguiente: Permite continuar a el paso siguiente.

Deshacer: Deshace la acción anterior.

*Mensaje. Un cuadro de texto que le dirige al siguiente paso, a menudo listando varias formas de implementar el siguiente paso.

*Cuadros de Grupo. Es una serie de botones relacionados entre sí, cuadros de lista y de selección, con un titulo de grupo (por ejemplo, Dirección 1), que pueden expandirse o contraerse .

*Cuadros de selección. Acepta selecciones en la zona de gráficos o en el gestor de diseño del FeatureManager. Cuando están activos, los cuadros son de color rosa. Cuando selecciona un elemento en el cuadro de selección, éste resalta en la zona de gráficos. Para eliminar selecciones de un cuadro, hacer clic con el botón derecho del ratón y elegir “Eliminar” (para un elemento) o “Borrar selecciones (para todos los elementos).



5.7.5. Gestor de diseño del FeatureManager.

El gestor de diseño del FeatureManager, situado a la izquierda de la ventana de SolidWorks, proporciona un esquema de la pieza, el ensamble o el dibujo activo. Esto facilita visualizar la construcción del modelo o ensamble o examinar las hojas y vistas en el dibujo.

El gestor de diseño del FeatureManager y la zona de gráficos están enlazados de forma dinámica. Se pueden seleccionar operaciones, croquis, vistas de dibujos y geometrías constructivas en cualquiera de los dos paneles.

Se puede dividir el gestor de diseño de FeatureManager y visualizar dos instancias del gestor de diseño del FeatureManager o combinar el gestor de diseño del FeatureManager con el ConfigurationManager o PropetyManager.

El gestor de diseño del FeatureManager facilita:

Seleccionar elementos en el modelo por su nombre.

Filtrar el Gestor de diseño del FeatureManager.

Identificar y cambiar el orden en que las operaciones que se crean. Se pueden arrastrar los elementos en el gestor de diseño del FeatureManager para reorganizarlos. Esto cambia el orden en que se reconstruyen las operaciones al reconstruirse el modelo.

Visualizar las cotas de una operación haciendo doble clic en el nombre de la operación.

Cambiar de nombre los elementos haciendo clic dos veces lentamente en un nombre para seleccionarlo y a continuación, escribiendo un nuevo nombre.

Suprimir y desactivar la supresión de operaciones de piezas y componentes de ensambles.

Visualizar los siguientes elementos:

-Descripciones de operaciones.

-Descripciones de componentes.

-Nombres de configuraciones de componentes.

-Descripciones de las configuraciones de componentes.

Encontrar errores y advertencias asociadas con el modelo o con la operación como se describe en las informaciones de herramientas.



El gestor de diseño del FeatureManager proporciona las carpetas y herramientas siguientes:

Barra de retroceder, para retroceder temporalmente el modelo hasta un estado anterior

Agregar una nueva ecuación, editar o eliminar una ecuación haciendo doble clic con el botón derecho del ratón en la carpeta de “Ecuaciones” y seleccionado la acción deseada. La carpeta “Ecuaciones” aparece cuando agrega la primera ecuación a una pieza o ensamble.

Controla la visualización de las cotas y de las anotaciones haciendo doble clic con el botón derecho del ratón en la capeta de “Anotaciones”.

Mantiene un “Diario de diseño” y agrega datos adjuntos a la carpeta de “Cuaderno de Diseño”.

Agrega o modifica las fuentes de luz en las carpetas de “Iluminación y Cámaras”.

Permite ver todos los sólidos que contiene el documento, en la carpeta de “Sólidos”.

Permite ver todos los conjuntos de superficies que contiene el documento en la carpeta de “Conjuntos de superficies”.

Permite ver Planos, Ejes y Croquis de piezas insertadas.

Se pueden crear carpetas propias y arrastrar operaciones a estas carpetas para reducir la longitud del gestor de diseño del FeatureManager.

Permite visualizar y trabajar en el gestor en un “gestor de diseño de FeatureManager desplegable” en el área de gráficos mientras un PropetyManager aparece en el panel izquierdo.

Permite moverse entre las pestañas del gestor de diseño del FeatureManager, el PropetyManager, el ConfigurationManager, el DimXpertManager y el complemento seleccionando las pestañas situadas en la parte superior del panel izquierdo.

Para activar o desactivar la visibilidad del área del gestor de diseño del FeatureManager, presionar F9 o dar clic en ver, Área del gestor de diseño del FeatureManager, que es particularmente útil cuando se está en modo de pantalla completa.



5.7.6. Barra de estado.

La barra de estado de la parte inferior de la ventana de SolidWorks proporciona información relacionada con la función que se esté realizando.

Para visualizar u ocultar la barra de estado, hacer clic en Ver, Barra de estado.

La información que normalmente se proporciona en la barra de estado es la siguiente:

Descripción breve conforme se mueve el cursor sobre una herramienta o se hace clic en un elemento de menú.

Icono reconstruir, por si se realizan cambios en un croquis o en una pieza donde se requiera la reconstrucción de la misma.

Estado del croquis y coordenadas del cursor, cuando se está trabajando en un croquis.

Medidas utilizadas con más frecuencia para entidades seleccionadas, como longitud de una arista.

Mensaje que indica, que se está editando una pieza desde un ensamble.

Icono para accede al cuadro de diálogo “Volver a cargar” cuando se están utilizando las opciones de colaboración.

Mensaje que indica que se ha elegido suspender las reconstrucciones automáticas.

Icono para poder activar o desactivar sugerencias rápidas.

Icono para mostrar u ocultar el cuadro de texto “Rótulos”, utilizado para agregar palabras clave a operaciones y piezas para ayudar en búsquedas.



5.7.7. Panel de tareas.

El panel de tareas aparece cuando se abre el software de SolidWorks. Contiene las siguientes pestañas:

Recursos de SolidWorks: Son grupos de comandos para Empezar a trabajar, Comunidad y Recursos en línea, junto con Sugerencias del día.

Biblioteca de diseño: Permite abrir ensambles y piezas reutilizables, y otros elementos, incluidas las Operaciones de biblioteca.

Explorador de Windows: Es una copia del Explorador de Windows de la computadora, además puede abrir documentos recientes de SolidWorks.

Buscar: Despliega los archivos encontrados después de una operación de búsqueda.

Paleta de visualización: Incluye imágenes de vistas estándar, vistas de anotación, vistas de sección y matrices planas (piezas de chapa metálica) para arrastrar a la hoja de dibujo.

Recuperación de documentos: Si la recuperación automática está desactivada (Herramientas, Opciones, Opciones del sistema, Copia de seguridad/recuperar) y el sistema termina inesperadamente, los archivos recuperados aparecen en la pestaña la próxima vez que se inicia la aplicación.

Real view (PhotoWorks): Es la biblioteca de apariencias y escenas. Para acceder a esta pestaña, debe de estar activado RealView. Cuando PhotoWorks está agregado, esta pestaña incluye calcomanías y luces de PhotoWorks.

El panel de tareas puede estar en los siguientes estados:

Visible u oculto. Para mostrar u ocultar el panel de tareas, hacer clic en Ver, Panel de tareas. También se puede hacer clic con el botón derecho del ratón por encima o por debajo de la zona de gráficos y activar o desactivar el Panel de tareas.

Expandido o contraído. Para expandir el panel de tareas, hacer clic en una de las pestañas del Panel de tareas. Para contraer el panel de tareas, hacer clic en la zona de gráficos o en el FeatureManager (el panel de tareas no se contrae si está fijado).

Fijado o liberado. Para fijar o liberar el panel de tareas, hacer clic en en la barra de título para fijar el panel de tareas y para desbloquearlo, hacer clic en en el panel de tareas



Acoplado o flotante. Para flotar el panel de tareas, basta con arrastrarlo por la barra de titulo a la zona de gráficos. Para acoplar el panel de tareas cuando está flotando, hacer clic en en la barra de título.

Para ajustar el tamaño del panel de tareas, basta con arrastrar cualquier arista que no esté acoplada.

5.7.8. Barras de herramientas de SolidWorks.

Hay barras de herramientas disponibles para la mayoría de herramientas de SolidWorks y también para los complementos, las barras de herramientas etiquetadas le ayudan a realizar tareas de diseño específicas como aplicación de superficies o dibujado de curvas.

Dado que el administrador de comandos contiene las herramientas utilizadas con mayor frecuencia para el documento seleccionado, las barras de herramientas están desactivadas de forma predeterminada.

Para ver las barras de herramientas de SolidWorks, hacer clic con el botón derecho del ratón en el borde de la ventana y seleccione o desactive la selección del nombre de una barra de herramientas. También se pude hacer clic en Herramientas, Personalizar. En la pestaña Barra de herramientas, seleccione las barras de herramientas que desee visualizar.

Puede ver las siguientes barras de herramientas de SolidWorks:

5.7.8.1. Barra de herramientas 2D a 3D.

La barra de herramientas 2D a 3D permite convertir un dibujo 2D en una pieza 3D. Algunas de las herramientas se pueden utilizar en cualquier croquis.

Frontal. Las entidades del croquis seleccionadas se convierten en la vista frontal al hacer la conversión a una pieza 3D.

Superior. Las entidades del croquis seleccionadas se convierten en la vista superior al hacer la conversión a una pieza 3D.

Derecha. Las entidades del croquis seleccionadas se convierten en la vista derecha al hacer la conversión a una pieza 3D.

Izquierda. Las entidades del croquis seleccionadas se convierten en la vista izquierda al hacer la conversión a una pieza 3D.



Inferior. Las entidades del croquis seleccionadas se convierten en la vista inferior al hacer la conversión a una pieza 3D.

Anterior. Las entidades del croquis seleccionadas se convierten en la vista posterior al hacer la conversión a una pieza 3D.

Auxiliar. Las entidades del croquis seleccionadas se convierten en la vista auxiliar al hacer la conversión a una pieza 3D. Se debe seleccionar una línea en otra vista para especificar el ángulo de la vista auxiliar.

Crear croquis a partir de selecciones. Las entidades del croquis seleccionadas se convierten en un croquis nuevo. Por ejemplo, se puede extraer un croquis y luego modificarlo antes de crear una operación.

Reparar croquis. Se pueden reparar errores en un croquis de manera que el croquis se pueda utilizar para extruir o cortar una operación. Errores frecuentes son una geometría que se solapa, pequeñas separaciones o varios segmentos pequeños recogidos en una entidad única.

Alinear el croquis. Seleccione una arista en una vista para alinear con respecto a la arista seleccionada en una segunda vista. El orden de la selección es importante.

Extruir. Se puede realizar una operación de extrusión desde las entidades de croquis seleccionadas. No es necesario seleccionar un croquis completo.

Cortar. Se puede realizar una operación de corte, desde las entidades del croquis seleccionadas. No es necesario seleccionar el croquis completo.



5.7.8.2. Barra de herramientas Alinear.

La barra de herramientas Alinear proporciona herramientas para alinear cotas y anotaciones, como notas, símbolos de tolerancia geométrica, etc.

Grupo. Agrupa anotaciones para moverlas juntas.

Desagrupar. Desagrupa anotaciones para moverlas libremente.

Alinear Colineal /Radial. Alinea y agrupa cotas de dibujo lineal, radial o de ángulo colineal o radialmente.

Alinear Paralelamente/Concéntricamente. Alinea y agrupa cotas de dibujo lineal, radial o de ángulo como paralelas o concéntricas.

Alinear a la izquierda. Alinea anotaciones con la anotación del extremo izquierdo del grupo.

Alinear a la derecha. Alinea anotaciones con la anotación del extremo derecho del grupo.

Alinear en la parte superior. Alinea anotaciones con la anotación del extremo superior del grupo.

Alinear con la parte inferior. Alinea anotaciones con la anotación del extremo inferior del grupo.

Alineación horizontal. Alinea anotaciones con el centro de la anotación del extremo izquierdo.

Alineación vertical. Alinea anotaciones con el centro de la anotación del extremo superior.

Alinear entre líneas. Alinea anotaciones uniformemente entre líneas horizontales o verticales.

Espaciar uniformemente a lo ancho. Alinea anotaciones en horizontal uniformemente entre la anotación del extremo izquierdo y la del extremo derecho.



Espaciar uniformemente a lo alto. Alinea anotaciones en vertical uniformemente entre la anotación del extremo superior y la del extremo inferior.

Espaciar horizontalmente. Alinea anotaciones con el centro de la anotación del extremo izquierdo, reduciendo bastante el espacio entre las mismas.

Compactar verticalmente. Alinea anotaciones con el centro de la anotación del extremo superior, reduciendo bastante el espacio entre las mismas.



5.7.8.3. Barra de herramientas Anotación.

La barra de herramientas anotación proporciona herramientas para agregar notas y símbolos a un documento de pieza, ensamble o dibujo. Solo están disponibles las anotaciones que son adecuadas para el documento seleccionado.

Nota. Una nota puede flotar libremente o estar fija y se puede situar en una línea indicativa que señale un elemento (cara, arista o vértice) en el documento. Puede contener texto sencillo, símbolos, hipervínculos y texto paramétrico. La línea indicativa puede se recta, doblada o con múltiples quiebres de cota.

Acabado superficial. Puede especificar la textura de superficie de la cara de una pieza utilizando un símbolo de acabado superficial. Se puede seleccionar la cara en una pieza, ensamble o documento.

Tolerancias geométricas. El software SolidWorks soporta las pautas de tolerancia ANSI Y14.5 Geométrica y Posición real. Se pueden colocar símbolos de tolerancia geométrica, con o sin líneas indicativas, en cualquier lugar del croquis, pieza, ensamble o dibujo y se pueden asociar símbolos en cualquier lugar en una línea de cota.

Globo. Se pueden crear globos en un documento de dibujo o en una nota. Los globos etiquetan las piezas en el ensamble y las relacionan con números de elementos en la lista de materiales (LDM).

Indicación de referencia. Se puede asociar un símbolo de indicación de referencia a los siguientes elementos: en una superficie de modelo plano o un plano de referencia de una pieza o ensamble, en una superficie que aparece como una arista (no como una silueta) o en una superficie de vista de sección de una vista de dibujo, en una casilla de símbolo de tolerancia geométrica o en una nota.

Símbolo de soldadura. Un símbolo de soldadura que representa los parámetros especificados se crea automáticamente al momento de crear un componente de cordón de soldadura en un ensamble, o al momento de agregar un codón de redondeo a una estructura de piezas soldadas en una pieza.

Área rayada/Rellenar. Se puede aplicar un patrón de rayado o de relleno sólido a una cara de modelo, un segmento de un perfil de croquis cerrado o una región delimitada por una combinación de aristas del modelo y entidades de croquis. Las áreas rayadas solo se pueden aplicar en dibujo.



Centros de círculos. Se pueden colocar centros de círculos, en círculos y en arcos en los dibujos. Las líneas de los centros de círculos pueden utilizarse como referencia para la acotación.

5.7.8.3. Barra de herramientas de ensamble.

La barra de herramientas Ensamble controla la gestión, el movimiento y la relación de posición de los componentes.

Insertar componentes. Se pueden agregar componentes tanto a ensambles nuevos como a existentes. El nombre de PropetyManager varía según si esta creando un nuevo ensamble o trabajando en uno existente.

Nueva pieza. Se puede crear una nueva pieza en el contexto de un ensamble. De esta manera, se puede utilizar la geometría de otros componentes del ensamble mientras se diseña la pieza. La pieza se guardara internamente en el archivo de ensamble como un componente virtual. Posteriormente, se puede guardar dicha pieza en su propio archivo de pieza.

Nuevo ensamble. Se puede insertar un sub ensamble nuevo y vacío en cualquier nivel de la jerarquía del ensamble.

Copiar con relaciones de posición. Al copiar componentes, puede copiar sus relaciones de posición asociadas.

Matriz de componentes lineal. Se puede crear una matriz lineal de componentes en un ensamble de una o dos direcciones.

5.7.8.4. Bloques.

La barra de herramientas Bloques controla los bloques en el croquis.

Crear bloque. Se puede crear un bloque a partir de una sola entidad de croquis o a partir de una combinación de varias entidades. Guardando cada bloque individualmente se logra gran flexibilidad de diseño.

Editar bloque. Al editar un bloque se puede agregar, eliminar o modificar entidades de croquis, así como cambiar relaciones y cotas existentes.

Insertar bloque. Inserte bloques agregando instancias adicionales de bloques existentes o busque e inserte bloques guardados anteriormente.



Agregar o quitar. Puede agregar o eliminar entidades de croquis. Cuando se eliminan entidades de croquis de un bloque, esas entidades de croquis ascienden de ese nivel de bloque el siguiente nivel inmediato. Si se agrega un bloque se invierte el proceso.

Reconstruir. Reconstruir bloque le permite actualizar entidades de croquis sin tener que salir del modo Editar croquis.

5.7.8.5. Barra de herramientas Curvas.

La barra de herramientas curvas proporciona herramientas para crear y utilizar curvas.

Proyectar curva. Se puede proyectar una curva croquizada sobre una cara del modelo para crear una curva 3D. también se puede crear una curva 3D que represente la intersección de dos superficies extruidas generadas mediante la creación de un croquis en dos planos que se entrecruzan.

Línea de partición. La herramienta línea de partición proyecta una entidad (croquis, sólido, superficie, cara, plano o spline de superficie) sobre superficies o caras curvas o planas. Divide una cara seleccionada en múltiples caras separadas. Se pueden crear las siguientes líneas de partición:

Proyección: Proyecta un croquis sobre una superficie.

Silueta. Crea una línea de partición en una pieza cilíndrica.

Intersección. Parte las caras mediante un sólido, una superficie, una cara, un plano o una spline de superficie intersectantes.

Curva compuesta. Se pueden crear curvas compuestas mediante la combinación de curvas, geometría de croquis y aristas del modelo, formando una única curva. Se tiene que utilizar una curva compuesta como curva guía al crear un recubrimiento o un barrido.

Hélice y espiral. Se puede crear una curva hélice o espiral en una pieza. La hélice puede utilizarse como un trayecto o curva guía para una operación de barrer, o una curva guía para una operación de recubrir.



5.7.8.6. Barra de herramientas y menús Cotas / Relaciones.

La barra de herramientas y lo menús cotas/relaciones, proporcionan herramientas para acotar y para agregar y eliminar relaciones geométricas. No todos los botones de barras de herramientas tienen elementos de menús correspondientes. Del mismo modo, no todos los elementos de los menús tienen botones de barras de herramientas correspondientes.

Cota inteligente. Las entidades 2D o 3D se acotan mediante la herramienta cota inteligente. Se puede arrastrar o eliminar una cota mientras la herramienta cota inteligente esta activa. Las entidades de croquis seleccionadas determinan los tipos de cotas. Para algunos tipos de cotas (punto a punto, angular, circular) la ubicación de la cota, también afecta el tipo de cota que se agrega.

Cota horizontal. Se puede especificar una cota horizontal entre dos entidades. La dirección horizontal se define por la orientación del croquis actual.

Cota vertical. Se puede crear una cota vertical entre dos puntos. La dirección vertical se define por la orientación del croquis actual.

Cota de línea base. Las cotas de la línea base son cotas de referencia utilizadas en dibujos. Sus valores no se pueden cambiar ni utilizar para conducir el modelo. Las cotas de línea base se agrupan de manera automática y quedan separadas por las distancias especificadas en Herramientas, Opciones, Propiedades de documento, Cotas bajo equidistancias.

Cotas de coordenadas. Las cotas de coordenadas son grupos de cotas medidas a partir de una coordenada cero en un dibujo o en un croquis. En los dibujos, son cotas de referencia y sus valores no se pueden cambiar ni utilizar para conducir el modelo. Las cotas de coordenadas se miden desde el primer eje seleccionado. El tipo de cota de coordenada (horizontal o vertical) se define por la orientación de los puntos seleccionados.

Cotas de coordenadas horizontales. Se pueden crear cotas de coordenadas horizontales en un dibujo o croquis, medidas horizontalmente desde la primera entidad seleccionada.

Cotas de coordenadas verticales en un dibujo o en un croquis, medidas verticalmente desde la primera entidad seleccionada.



Cotas de chaflán. Se pueden acotar chaflanes en los dibujos. Además de las propiedades usuales de visualización de cotas, las cotas de chaflanes tienen sus propias opciones para visualización de líneas indicativas, visualización de texto y visualización de X.

Croquis completamente definidos. La herramienta “Definir croquis por completo” calcula que cotas y relaciones se necesitan para definir completamente un croquis o entidades de croquis seleccionadas. Se puede acceder a “Definir croquis por completo” en cualquier momento y con cualquier combinación de cotas y relaciones ya añadidas.

Agregar relación. Esta herramienta permite crear relaciones geométricas entre entidades de croquis, o entre entidades de croquis y planos, ejes, aristas o vértices.

Relaciones automáticas. Se pueden especificar si las relaciones geométricas se crean de manera automática al crear entidades de croquis. En función de las entidades de croquis y de la posición del cursor, se puede visualizar más de una relación de croquis al mismo tiempo.



5.7.8.7. Barra de herramientas Operaciones.

La barra de herramientas Operaciones, proporciona herramientas para crear operaciones de modelos. El conjunto de iconos de operaciones es muy amplio, por lo que no todos los iconos se incluyen en la barra de herramientas Operaciones predeterminadas. Se puede personalizar esta barra de herramientas agregando y eliminando iconos para satisfacer el estilo de trabajo de cada usuario.

Extruir saliente/base. En el PropetyManager, la operación extruir define las características de las operaciones extruidas. Se pueden crear distintos tipos de operaciones extruidas como:

Sólido o lámina.

Saliente/base.

Cortar.

Superficie

Operación de revolución. Una revolución agrega o quita material creando una revolución de uno o más perfiles con respecto a una línea constructiva. Se pueden crear revoluciones de salientes /base, de corte o revoluciones de superficie. La operación Revolución puede ser un sólido, una operación lámina o una superficie.

Extruir corte. Un corte es una operación que elimina material de una pieza o ensamble. Con las piezas multicuerpo, se puede utilizar “Partir” para crear piezas disjuntas. Se puede controlar qué piezas se mantienen y qué piezas se ven afectadas por el corte. Se puede crear un corte mediante cualquiera de los métodos siguientes: Extruir, revolución, Barrer, Recubrir, Operación Dar espesor o Superficie.

Redondeo. La operación redondeo/redondo crea una cara interna o externa redonda en la pieza. Se pueden redondear todas las aristas de una cara, conjuntos de caras seleccionados, aristas seleccionadas o bucles de arista. Se pueden realizar diferentes tipos de redondeo como: redondeo con radio constante, redondeo con múltiples radios, redondeo con esquina redonda, redondeo adaptado, redondeo con radio variable, redondeo de cara o redondeo completo.

Chaflán. La herramienta chaflán crea una operación de bisel en un vértice seleccionado o en las aristas o caras seleccionadas.

Angulo de salida. Los ángulos de salida usan las caras seleccionadas de un modelo utilizando en ángulo especificado. Una de las aplicaciones de esta técnica es



facilitar la extracción de una pieza de molde. Se puede inserta una ángulo de salida en una pieza existente o un ángulo de salida al extruir una operación. Se pueden aplicar ángulos de salida a modelos de superficie o de sólidos.

Vaciado. La herramienta de vaciado, ahueca la pieza, dejando abiertas las caras que seleccione y crea operaciones de paredes o láminas en las caras restantes. Si no selecciona ninguna cara en el modelo, puede vaciar una pieza solida, creando un modelo hueco cerrado.

5.7.8.8. Barra de herramientas Croquis.

La barra de herramientas Croquis controla todos los aspectos de la creación de croquis, a excepción de las splines y los bloques, que tienen su barra de herramientas propia.

Algunas herramientas que se pueden utilizar para crear croquis en 3D son:

Todas las herramientas círculo. Se pueden realizar dos tipos de circulos que son:

Centro del círculo, los cuales consisten en hacer círculos basados en centros de croquis.

Círculos perimetrales, los cuales consisten en hacer círculos basados en perímetros de croquis.

De forma predeterminada, el software regresa al último tipo de círculo utilizado.

Todas las herramientas arco. Con esta herramienta se pueden coquizar los siguientes tipos de aros:

Arco de centros extremos, el cual croquiza arcos desde un punto central, un punto inicial y un punto final.

Arco tangente, el cual croquiza arcos tangentes a entidades de croquis.

Arco 3 puntos, el cual croquiza arcos mediante la especificación de tres puntos, un punto inicial, un punto final y un punto medio.



Todas las herramientas rectángulo. Con esta herramienta se pueden croquizar los siguientes tipos de rectángulos:

Rectángulo de esquina, el cual croquiza rectángulos estándar.

Rectángulo de centro, el cual croquiza rectángulos en un punto central.

Rectángulo 3 puntos esquina, el cual croquiza rectángulos en un ángulo seleccionado.

Rectángulo 3 puntos centro, el cual croquiza rectángulos con un punto central en un ángulo seleccionado.

Paralelogramo, el cual croquiza un paralelogramo estándar.

Líneas.

Splines

Puntos.



CAPÍTULO 6. DISEÑANDO EN SOLIDWORKS

SolidWorks es un paquete de diseño asistido por computadora (CAD Computer Aided Design), para realizar modelados mecánicos, este programa trabaja en sistema operativo Microsoft Windows y es desarrollado por SolidWorks Corp. Es un modelador de sólidos paramétricos, es decir, permite modelar piezas y conjuntos, dando la opción de extraer de ellos tanto planos como otro tipo de información necesaria para la producción industrial.

Es un programa que funciona con base en nuevas técnicas de modelado con paquetes de CAD. El proceso consiste en trasladar la idea del diseñador a un sistema CAD, armonizando virtualmente la pieza o conjunto. Posteriormente todas las extracciones se realizan de manera automatizada.

6.1. Diseño de moldes en SolidWorks.

Las primeras opciones que brinda el programa después de ejecutarlo y crear un nuevo documento son:

PIEZA: En donde se puede realizar unas representaciones en 2D y 3D de los componentes a realizar.

ENSAMBLE: Una vez que se tienen las representaciones de varios componentes de arreglo mecánico, esta opción nos permite realizar, como su nombre lo indica, un ensamble en 3D del arreglo.

DIBUJO: Esta opción nos permite realizar un dibujo técnico en 2D del componente o del arreglo completo.



Figura 6.1 Primera ventana desplegada en pantalla, para comenzar a trabajar.

En este ejemplo, se realiza un molde de un rotor de una turbina de vapor, a manera de ejemplificar de manera gráfica, algunas de las bondades de programa.

De las tres opciones desplegadas en la ventana, seleccionar la opción PIEZA , y después en la pestaña de “croquis” se selecciona la herramienta de línea, o se puede seleccionar de igual manera la herramienta de rectángulo, ya que la primera parte del molde que se va a dibujar es un cubo en el cual se va a realiza el proyecto.



Figura 6.2 Ubicación de las herramientas a manejar.

Una vez seleccionada cualquiera de la dos herramientas se seleciona el plano PLANTA y se dibuja un rectangulo de 1030mm x 4461.40mm .

Figura 6.3 Planos geométricos en los que se puede trabajar en SolidWorks.

HERRAMIENTA LÍNEAHERRAMIENTA RECTÁNGULO



Existen dos maneras de dimensionar cualquier dibujo en SolidWorks, por ejemplo si se crea un recangulo con la herramienta de línea, al momento de seleccionar esta herramienta en la parte izquierda de la pantalla en el “Gestor de diseño del FeatureManager” se despliegan varias caracteristicas que definen la linea que se esta creando, una de estas caracteristicas es la longuitud, en donde se puede introducir la magnitud de la linea creada.

Otra manera de dimensionar un dibujo, conciste primeramente en dibujar a grandes rasgos la figura completa que deseamos realizar, en este caso el rectangulo completo sin indicar las caracteristicas de la linea (la magnitud de está), una ves realizado el rectangulo, existe

una herramiente que se llama Cota Inteligente con la cual se dimensionan las magitudes de los diferentes componentes del dibujo.

Para dimensionar el rectangulo que se dibujó, únicante se tiene que seleccionar el punto de origen de una línea y el punto final de la misma, e introducir la magnitud que se desea.

Figura 6.4 Dimensionamiento del rectángulo dibujado.



Una vez realizada la base, de la cual se va a partir, se procede a extruir la misma, pero ahora se tiene que cambiar del conjunto de herramientas de croquis, al conjunto de herramientas de operaciones, y se selecciona la herramienta Extruir Saliente /Base

esta herramienta permite extruir un croquis o un contorno de croquis seleccionado en una o dos direcciones para crear una operación solida.

Una vez seleccionada la herramienta, se selecciona la superficie que se quiere extruir y se indica la magnitud de esa extrusión.

Figura 6.5 Representación grafica de la extrusión de la base.

Con esta extrusión, se completa la sección de material (Tocho), en la cual se va a realizar el molde.



El siguiente paso, consiste en dibujar el perfil del molde que se pretende realizar, dicho perfil (para este ejercicio) se dibujará en la parte superior del Tocho.

Primeramente la figura se centra en el material, colocando un punto imaginario de referencia a partir del cual se van a realizar los trazos del cuerpo del rotor; para generar este

punto imaginario de partida se utiliza la herramienta Punto , y para posicionarla se utiliza la herramienta ya mencionada Cota Inteligente.

Figura 6.6 Primeros pasos en el bosquejo del rotor.

Ya que se tiene el origen establecido, ahora se comienzan a trazar los perfiles del rotor utilizando las herramientas Línea y de Cota Inteligente.

Como ya se había mencionado anteriormente, existen dos maneras de acotar los dibujos en el paquete de SolidWorks, en este ejercicio primeramente se va a realizar la mitad del perfil de toda la pieza y posteriormente se va a dimensionar; por último se va a utilizar una nueva herramienta con la cual se pueden realizar revoluciones de perfiles, y al mismo tiempo realizar un corte de mismo.



Figura 6.7 Bosquejo del cuerpo de rotor.

Figura 6.8 Bosquejo del cuerpo de rotor (vista completa del diseño).

Una vez completado el trazo, se dibuja un eje provisional que se va a utilizar para transformar todos los trazos realizados, en uno solo y de esta manera preparar el perfil para realizar una revolución en corte.



La línea del eje provisional se crea con la herramienta de Línea Constructiva , ésta herramienta se encuentra dentro de la herramienta de Línea, dando clic en la flecha de la derecha.

Figura 6.9 Perfil concluido y en condiciones para utilizar la herramienta “Corte de Revolución”.

Ahora que se cuenta con el perfil y la línea provisional de centros, se está en condiciones de realizar una revolución con corte del perfil dibujado, para realizar esta operación se cambia de la paleta de croquis a la paleta de operaciones, y se selecciona la herramienta Corte de Revolución , al seleccionar esta herramienta, el software despliega el siguiente mensaje:

Figura 6.10 Mensaje desplegado en pantalla antes de realizar la operación “Corte de Revolución”.



Se selecciona la opción “Sí” y automáticamente se realiza el cierre del perfil y se crea una presentación virtual de cómo va a quedar la revolución con corte.

Figura 6.11 Representación gráfica de la revolución del perfil dibujado.

Nuevamente se selecciona la palomita de barra de características localizada en la parte izquierda de la pantalla, y de esta manera se obtiene el molde del rotor.



Figura 6.12 Vista final del molde diseñado.

6.2. Cambiando a el árbol de rasgos de CAMWorks.

Una vez que se tiene el dibujo del molde en una plataforma de CAD, se puede utilizar un paquete de CAM para realizar una pieza física real, del diseño que se realizó en SolidWorks; para esta ocasión se utilizará el paquete CAMWorks 2008.

CAMWorks 2008 es un software que tiene la particularidad, de instalarse automáticamente e integrarse a SolidWorks; trabaja dentro del ambiente de SolidWorks, es decir, que este programa no trabaja de manera independiente y lo podemos manejar desde la plataforma de SolidWorks mediante una nueva barra herramientas de uso exclusivo de CAMWorks, misma que se puede apreciar al momento de instalar el programa.



Figura 6.13 Barra de herramientas de CAMWorks.

Como resultado de esta integración entre las dos plataformas de CAD y de CAM, obtenemos una serie de ventajas por ejemplo:

CAMWorks convierte una “Vista de diseño”, la cual se genera en SolidWorks, en una “Vista de Manufactura”. Esto significa que en el administrador de características de SolidWorks se muestra el árbol de diseño, en el árbol de características y operaciones de CAMWorks y muestra una vista preliminar de la manufactura de la misma pieza.

Usa el mismo nombre del archivo para almacenar tanto el diseño como la información maquinable del mismo (partes maquinables, operaciones y rutas de herramientas).

Otra característica destacable, es que si se realiza una modificación del diseño de SolidWorks, las características maquinables y las rutas de la o las herramientas reflejan los cambios realizados.

Barra de Herramientas de CAMWorks



La pestaña del árbol de rasgos de CAMWorks es utilizada para cambiar entre el árbol de diseño del FeatureManager de SolidWorks y el árbol de rasgos de CAMWorks.

Figura 6.14 Localización del árbol de características de CAMWorks.

Árbol de Características



6.2.1. Definiendo la maquina y el controlador.

Mediante la definición de la máquina, se especifica el tipo de maquinado que se va a realizar para el molde en el que actualmente se está trabajando, puede ser un fresado o un torneado.

Esta definición de máquina se realiza de la siguiente manera:

1.- Se selecciona con clic derecho el icono de máquina en el árbol de rasgos de CAMWorks y se selecciona la opción “Editar Definición”.

Figura 6.15 Primer paso en el proceso de definición de máquina.



Este cuadro de dialogo permite seleccionar la máquina herramienta que se va a utilizar para maquinar la pieza dibujada. La lista de máquinas herramientas está pre cargada de manera automática en el programa.

Figura 6.16 Ventana en la cual se pueden modificar las condiciones (máquina) y la máquina herramienta a

utilizar.



2.- Dar clic en la etiqueta “Torreta” y hay que asegurarnos que la opción “ ToolCrib 1 (metric)” este seleccionada. Esta etiqueta permite seleccionar el conjunto de herramientas que se van a utilizar en la máquina herramienta que se seleccionó previamente. Este conjunto de herramientas puede ser modificado de acuerdo a las necesidades que se tenga.

Figura 6.17 Ventana en la cual se pueden modificar las condiciones (torreta) y la máquina herramienta a

utilizar.



3.- Dar clic en la etiqueta “control”. Esta etiqueta permite seleccionar el post procesador de una lista de controladores disponibles. En esta ocasión se utiliza el post procesador FANTUTM, ya que éste post procesador es compatible con el sistema operativo de la fresadora DYNA EM3116, equipo en el cual se va a realizar físicamente el maquinado de la pieza.

Figura 6.18 Ventana en la cual se pueden modificar las condiciones (control) y la máquina herramienta a

utilizar.



6.2.2. Definiendo la materia prima (Tocho o Bloque).

El tocho o bloque es el material en el cual se va a realizar el maquinado, en este caso, el molde del rotor. Normalmente las dimensiones que vienen cargadas de manera automática no son las dimensiones reales con las que se va a trabajar, pero estas pueden ser modificadas.

Para realizar estas modificaciones, se realizan los siguientes pasos:

1.- Dar clic derecho en el gestor de tocho, en el árbol de rasgos de CAMWorks.

2.- Se selecciona editar definición.

Figura 6.19 Definiendo las características del tocho (materia prima).

3.- En el cuadro de dialogo del gestor de tocho, se modifican los valores de X, Y y Z a 1mm, y en la pestaña donde indica el tipo de material, se selecciona el material 304L, que es una acero inoxidable, material con el que comúnmente se trabaja en la industria de la manufactura.



Figura 6.20 Características modificables del tocho (materia prima).

6.2.3. Definiendo las partes maquinables.

En CAMWorks, las operaciones de maquinado pueden ser realizadas únicamente en los rasgos maquinables. Se pueden utilizar los siguientes métodos para definir los rasgos maquinables:

Reconocimiento Automático de Rasgos (AFR). Este método analiza la forma de la parte e intenta definir la mayoría de los rasgos que se pueden maquinar, por ejemplo: cavidades, barrenos, ranuras y protuberancias.

Rasgos de 2 y 2.5 ejes creados interactivamente. Si AFR no reconoce un rasgo que se quiera maquinar, este se puede definir interactivamente utilizando el comando “Insertar rasgo 2.5 ejes”.

Rasgos multi-superficie creados interactivamente. Si se tiene la función de fresado de tres ejes, se pueden definir los rasgos multi-superficie interactivamente especificando las caras que se van a cortar y las que se van a evitar.



Para definir los rasgos maquinables, dar clic en el botón de extracción de rasgos

maquinables en la barra de herramientas de CAMWorks, pera ejecutar el reconocimiento automático de los rasgos maquinables de molde.

Figura 6.21 Definiendo los rasgos maquinables.

6.2.4. Generando el “Plan de Operación”.

Un plan de operación contiene la información sobre cómo cada rasgo maquinable va a ser maquinado y como el código de control numérico va a ser realizado. Cuando la generación del plan de operación es ejecutada, la operación para cada rasgo maquinable es creada automáticamente basada en la información de TechDB (base de datos de CAMWorks).

Para generar el plan de operación, dar clic en el botón de generación de plan de operación en la barra de herramientas de CAMWorks. El árbol de operación muestra la lista de

operaciones que fueron generados.



CAMWorks genera el plan de operación para todos los rasgos maquinables en “PI. Trabajo 1 (Grupo 1)”.

Figura 6.22 Planes de operación creados por CAMWorks.

6.2.5. Ajuste de parámetros operacionales.

Las operaciones que son generadas por CAMWorks, son realizadas en base a información almacenada en TechDB. Estas operaciones son usadas como punto de partida. Cada operación contiene parámetros que afectan el “como” cada ruta de operación es creada con determinados paramentos los cuales van a ser parte importante en el programa de control numérico que se va a generar. Estos parámetros pueden ser editados antes o después de generar las rutas de herramienta.

Es necesario especificar las herramientas que se van a utilizar en el maquinado, estas se pueden modificar de la lista de herramientas que vienen cargadas en el software de manera automática.

Para especificar la herramienta con la que requiere trabajar, dar clic derecho sobre la secuencia que se desea modificar, posteriormente se selecciona la opción Editar definición, en pantalla se despliega un submenú con diferentes opciones para las herramientas a escoger.



Figura 6.23 Submenú de CAMWorks donde se modifican las características de la herramienta de corte a utilizar.

En la figura 6.23 se puede apreciar el submenú donde se pueden modificar las características de la herramienta para determinada operación de maquinado, en este caso se observa una broca de centros, la cual se va a utilizar en la primera operación que generó el programa de CAMWorks que es Centrador 1.



6.2.6. Generación de rutas de herramientas.

CAMWorks tiene la capacidad de calcular las rutas de herramienta, es decir, los recorridos que va a realizar la máquina para poder manufacturar cualquier pieza. Para calcular los recorridos de la herramienta CAMWorks utiliza los Parámetros de Operación para definir como maquinar cada parte maquinable del molde.

1.- Para generar las rutas de herramienta dar clic en el botón localizado en la barra de herramientas de CAMWorks.

CAMWorks calcula la ruta de la herramienta para cada operación y en “PI. Trabajo 1 [Grupo 1]” despliega estas rutas sobre el mismo dibujo.

Figura 6.24 Ventana desplegada durante la generación de rutas de herramienta.

2.- Dar clic en cualquier operación del árbol de operaciones de CAMWorks.

3.- Clic derecho en “PI. Trabajo 1 [Grupo 1]” en el árbol de operación de CAMWorks y se selecciona “Simular Ruta de Herramienta” en la barra de herramientas de CAMWorks.



6.2.7. Simulación de rutas de herramienta.

CAMWorks tiene la habilidad de simular rutas de herramienta después de generar los recorridos, mostrando el movimiento de la herramienta mediante una representación grafica del material removido para la verificación de las operaciones de maquinado y posteriormente nos da una vista final del maquinado del bloque.

Figura 6.25 Representación gráfica de los recorridos de herramienta generados.

El simulador de rutas de herramienta muestra en su barra de herramientas los siguientes botones:

Figura 6.26 Ventana desplegada para la simulación de rutas de herramienta.



Mediante los cuales se puede:

En modo de herramienta, ejecuta la simulación a una posición final o permite avanzar paso a paso hasta llegar de igual manera a un punto final.

En modo HERRAMIENTA, se puede personalizar la vista del bloque, cambiando lo representación gráfica del mismo bloque, de la herramienta y del porta-herramienta, esto mediante la selección de las opciones de:

Estructura de alambres.

Traslucido

Sombreado

O sin mostrar.

Ejecutar la simulación, para todas o solo para algunas operaciones.

Pausar la simulación en cualquier modo y cambiar la orientación de la parte realizando un zoom, una rotación etc.

Ejecutar la simulación en modo HERRAMIENTA o en modo TURBO.

Figura 6.27 Simulación de maquinado del molde.



El modo TURBO tiene la particularidad de manejar grandes cantidades de recorridos de herramienta, donde la velocidad puede llegar a ser de 10 a 20 veces más rápida que la simulación en modo HERRAMIENTA. Para realizar este tipo de simulación algunas características de la simulación en modo HERRAMIENTA no están disponibles, como por ejemplo:

La herramienta no es mostrada y el bloque se actualiza hasta que termina la simulación.

La simulación es limitada a un solo ajuste.

Cualquier tipo de bosquejo puede ser simulado en modo TURBO.

Figura 6.28 Simulación de la pieza una vez concluido el maquinado.



6.2.8. Post procesado de rutas de herramienta

El POST Procesado es el último paso en la generación de un programa de control numérico. Este paso traduce las rutas de herramienta generadas así como la información de operación en un código de Control Numérico para un controlador especifico de alguna Máquina-Herramienta, como puede ser algún torno, fresadora, centro de maquinado, etc.

CAMWorks crea un código de control numérico para cada ruta de herramienta del diseño, en el orden en que aparecen en el árbol de operaciones de CAMWorks.

Para POST Procesar del molde se realizan los siguientes pasos:

1.- Dar clic en el botón POST Procesar localizado en la barra de herramientas de CAMWorks, y aparece la siguiente ventana:

Figura 6.29 Ventana inicial desplegada para el proceso de generación de secuencias de maquinado (Post

procesado).

2.- En esta ventana se selecciona la ruta donde se quiere que se guarde el código de control numérico, posteriormente dar clic en GUARDAR.

3.- En la barra de control, en la parte superior, se puede seleccionar entre PASO, CORRER o POST PROCESADO RAPIDO, para generar el programa de control numérico.



Dar clic en el botón PASO ,

Figura 6.30 Generando secuencias de maquinado (Post procesado) del molde.

Y automáticamente CAMWorks genera la primera línea del programa de control numérico misma que es desplegada en la ventana.



Figura 6.31 Post procesado del molde, primera línea del programa.

Cuando la opción EJE CENTRAL esta palomeada, CAMWorks resalta el movimiento del recorrido de la herramienta para cada movimiento en código G que es generado. Si no está palomeado, el movimiento de la herramienta no es resaltado.

La opción CODIGO NC controla como es mostrado el código NC, es decir, en la ventana muestra la salida del código conforme una parte está siendo POST Procesada. Si no está marcada no se muestra el código NC.

4.- Nuevamente se da clic en el botón PASO y se genera la siguiente línea del programa.



Figura 6.32 Post procesado del molde, generación del programa.

5.- Se da clic en el botón EJECUTAR , y el POST Procesador continua generando el programa de control numérico hasta concluir con el mismo.



Figura 6.33 Post procesado del molde, de manera continua y automática.

6.- Cuando el POST Procesado está terminado, es posible ver el código, usando las barras de desplazamiento verticales.

7.- Se da clic en la opción OK para cerrar la ventana de dialogo.



CAPÍTULO 7. MODELADO DE UN ROTOR DE TURBINA DE REACCIÓN, TECNOLOGÍA RTB (REACTION TURBINA BLADED).

Para realizar el modelado del rotor, utilizando el software SolidWorks, primeramente se tiene que seleccionar la opción realizar un nuevo diseño, al seleccionar esta opción, se despliega en pantalla una nueva ventana en la cual nuevamente se selecciona la opción “Pieza”, como se vio en el capítulo anterior.

Figura 7.1 Ventana inicial del programa.

Una vez seleccionada la opción “Pieza”, se comienza a dibujar el nuevo diseño siguiendo el mismo procedimiento, seleccionando el plano de “Planta” que va a ser en el cual se va a dibujar.



Se comienza por dibujar la base (Tocho) a partir del cual se va extraer el molde, se

selecciona la opción Rectángulo y se comienza a dibujar el molde.

Figura 7.2 Diseño del perfil base a modelar.

Ya que se tiene definido el largo y el ancho de la base, ahora se cambia del modo de herramientas “Croquis” a el modo de herramientas de “Operaciones” y mediante la herramienta extruir, se define el espesor del bloque que representara la materia prima a maquinar.



Figura 7.3 Bloque (Tocho) en el cual se va a realizar el molde.

El bloque (Tocho) está totalmente definido ahora, se selecciona la opción de “Línea” y se comienza a dibujar el perfil del rotor, posteriormente se dimensiona con la herramienta “Cota inteligente”.

Figura. 7.4 Perfil del rotor a modelar.



Ya está dibujada y dimensionada la pieza que se va a modelar, lo que resta por hacer, es cambiar nuevamente al modo de herramientas de “Operaciones” y seleccionar la opción “Corte en revolución”.

Figura 7.5 Representación gráfica del rotor RTB.



Una vez realizadas estas operaciones, se termina la primera parte del modelado, ahora se continúa con la generación del código CN, el cual después de ser transmitido y ejecutado en una máquina herramienta, se puede apreciar de manera física, todas las operaciones que hasta ahora se han realizado.

Figura 7.6 Molde del rotor RTB.

El siguiente pasó que se realiza es cambiar del “Gestor de Diseño del FeatureManager” al “árbol de rasgos de CAMWorks”.

Ya estando en el “árbol de rasgos de CAMWorks” hacer clic derecho en “Gestor NC” y definir todas las características de la maquina a utilizar, es decir, indicar que tipo de máquina herramienta se va a utilizar, herramientas de corte a utilizar, PostProcesador etc.



Figura 7.7 Definiendo las características de la máquina.

Una vez definidas las características de la máquina, se tiene que definir de igual manera las características del material en el cual se va a trabajar, es decir, las características del bloque, por ejemplo, tipo de material, dimensiones del bloque etc.



Figura 7.8. Definiendo las características del bloque (tocho).

En la barra de herramientas de CAMWorks se selecciona la herramienta “Extraer rasgos

maquinables” , posteriormente se tiene que extraer de manera manual, aquellos rasgos que no fueron extraídos automáticamente, para realizar este procedimiento, se hace clic derecho en “PI Trabajo 1” y se selecciona la opción “Insertar Rasgos Multi-Superficie”.

Una vez seleccionada esta opción se despliega en pantalla una ventana donde se muestran más opciones para especificar cuáles son los rasgos que se quieren maquinar y cuáles no, se selecciona la acción “Seleccionar Todo”, la cual como su nombre lo indica selecciona todas las caras del modelo, pero también se tiene otra herramienta donde se indican cuales caras se quiere evitar que se toquen durante el proceso de maquinado, en este caso esa cara seria el perfil restante de la parte superior del bloque (Tocho), se selecciona esa cara y se da clic en “Insertar”.

De esta manera quedan definidos los rasgos a maquinar.



Figura 7.9 Definiendo los rasgos a maquinar.

Ahora, ya que se tiene definida la maquina, el bloque y los rasgos maquinables, el siguiente paso es generar un plan de operación.

Esta operación se realiza haciendo clic en el botón en la barra de herramientas de CAMWorks, se da clic y automáticamente se genera el plan de operación para los rasgos maquinables que se definiéron anteriormente.



El siguiente paso es generar las rutas de herramientas, de la misma manera en la barra de herramientas de CAMWorks se encuentra el icono de esta herramienta con el cual se realiza esta operación, nuevamente de manera automática.

Ya que se tiene listo el plan de operación y las rutas de herramientas, se puede realizar una simulación grafica de todo el proceso que hasta ahora se ha realizado.

En la barra de herramientas de CAMWorks dar clic en el icono , y posteriormente se realiza la simulación del maquinado.

Figura 7.10 Simulación del maquinado del molde.

Una vez terminada la simulacion, se comprueba que todas las operaciones que se han realizado estan en condiciones para continuar con el post procesado de las rutas de herramienas generadas anteriormente.

Para generar el Post Procesado dar clic en el icono , posteriormente hay que indicar la ruta donde va a guardar el codigo generado y despues se ejecuta la generación del código NC.

Una vez concluidos todos los pasos anteriores, se tiene realizado el diseño y el maquinado del molde de un rotor de reacción.



7.1. Maquinado de rotor de turbina de reacción en fresadora DYNA EM 3116.

Para realizar el maquinado del molde se utilizan placas de MDF (Medium Density Fiberboard), las cuales son construidas con una mezcla de pequeñas partículas de madera (generalmente pinos) y pegamentos especiales, prensadas en condiciones de presión y temperaturas controladas. Obteniéndose placas, de medidas fijas estandarizadas, con características mecánicas y físicas uniformes y bien definidas.

Estas placas de MDF, a diferencia del Aglomerado, pueden ser maquinadas obteniendo excelentes terminaciones. Generalmente son de color claro y de superficie lisa y uniforme. Se utiliza para múltiples propósitos como muebles, molduras, puertas, divisiones etc.

Una vez seleccionado el material se utilizaron seis placas de 10” x 15” x ½”, las cuales fueron pegas con resistol blanco especial para madera. La razón de apilar estas placas de MDF, es para lograr las dimensiones del tocho (materia prima) con las que se estuvo trabajando en SolidWorks.

Figura 7.11 Dimensiones iniciales del bloque (tocho).



Después de 24hrs, que fue el tiempo que se le permitió a la madera para que pegara uniformemente, se procedió a montar el material en la bancada de la fresadora, para iniciar el trabajo ya en la maquina.

El primer paso a realizar es alinear y centrar el material en la maquina, posteriormente se tiene que realizar un careado (rectificado), para eliminar las posibles irregularidades o deformaciones que pudieron haber ocurrido el proceso de pegado del material.

Figura 7.12 Careado del bloque (tocho). Bordes laterales.

En las figuras 7.12 y 7.13, se pueden apreciar las partículas de madera, a partir de las cuales se fabrica el MDF.

Figura 7.13 Careado del bloque (tocho). Bordes laterales.



El proceso de careado es particularmente importante, ya que al uniformizar la geometría del material, se puede ubicar de manera más precisa el código G54, el cual sirve para indicarle a la maquina en qué lugar se encuentra el cero de la pieza, y a partir de este punto estar en condiciones de ejecutar el programa y tener la certeza de que la herramienta de corte no va a realizar movimientos fuera de los límites establecidos en las secuencias de maquinado que fueron generadas.

Figura 7.14 Última etapa del careado. Parte superior donde se va a trabajar.

Figura 7.15 Proceso de careado terminado y el material está en condiciones óptimas para continuar con la

siguiente etapa.



Ya que se tiene ubicado el origen de la pieza (G54), la siguiente etapa del proceso de maquinado, consiste en trasladar las secuencias de maquinado (Post procesado) generadas en CAMWorks a el sistema operativo con que trabaja la fresadora DYNA EM3116, esta transferencia es simple, ya que únicamente hay que guardar el archivo generado en un disquete de 3 ½” y posteriormente vaciar esa información a el disco duro de la fresadora.

El siguiente paso, a manera de asegurar el buen funcionamiento del programa, el simular el programa generado, esta simulación se realiza en el simulador Dyna 4M, que está cargado en sistema operativo de la fresadora.

Figura 7.16 Simulación de las secuencias de maquinado generadas.

Una vez que ya se tiene ubicado y cargado en la maquina el G54 y además la simulación del programa que se generó, el siguiente paso es presionar el botón de “Ejecutar”, y la maquina comenzara a realzar el molde diseñado en SolidWorks.



Figura 7.17 Maquinado de desbaste, se comienza a observar el contorno del cuerpo del rotor.

Figura 7.18 Etapa final del maquinado de desbaste, el cuerpo del rotor está definido, pero tiene un acabado

burdo.



Figura 7.19 Se realiza el cambio de herramienta, para dar el maquinado final.

Figura 7.20 Inicia el maquinado final del cuerpo del rotor.



Figura 7.21 Maquinado final terminado.

Una vez terminado el maquinado final únicamente resta dar acabados manuales para eliminar las ligeras imperfecciones generadas durante el proceso de maquinado.

Esta etapa (acabados manuales) es la última parte del proyecto.



Conclusiones

Con este trabajo, se logró demostrar satisfactoriamente que tanto el software SolidWorks

como el software CAMWorks hacen una mancuerna increíble y que se convierten en una

herramienta muy valiosa al momento diseñar piezas mecánicas de cualquier morfología y

posteriormente trasladar esos diseños a piezas maquinadas.

Se concluye también que los sistemas CAD/CAM han revolucionado completamente la

industria metal-mecánica, ya que permiten que cualquier persona con conocimientos

básicos tanto de dibujo técnico como de programación pueda transformar cualquier diseño

desde la pantalla de la computadora hasta la manufactura física de ese mismo diseño,

utilizando una máquina herramienta, de manera sencilla rápida y confiable.

Fue posible realizar el maquinado del molde, prácticamente sin ninguna complicación de

recorridos de herramienta, errores de programación etc. logrando cumplir

satisfactoriamente el objetivo fijado en un principio que era generar secuencias de

maquinado para el molde de un cuerpo de rotor.



Bibliografía

[1] http://www.solidworks.com

[2] http://www.camworks.com

[3] http://es.wikipedia.org/wiki/Máquina_herramienta

[4] SolidWorks 2008 user’s guide.

[5] CAMWorks 2008 user´s guide.

[6] CAMWorks Mill and Lathe tutorial.

[7] http://www.madereros.com/placas/placasmdf.html

APLICACIONDESOLIDWORKSPARALAMANUFACTURADEUNROTORDETURBINADEVAPORAPLICANDOLATECNOLOGIACNC

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