Diseño de utillajes, matricería y prototipado con SolidWorks

Diseño de utillajes, matricería y prototipado con SolidWorks^©

Primera edición, 2021

© 2021 Iván Ibáñez Chaves

© 2021 MARCOMBO, S. L.

www.marcombo.com

Diseño de cubierta: ENEDENÚ DISEÑO GRÁFICO

Corrección: Anna Alberola y Manel Fernández

Maquetación: D. Márquez

Directora de producción: M.^a Rosa Castillo

«Cualquier forma de reproducción, distribución, comunicación pública o transformación de esta obra solo puede ser realizada con la autorización de sus titulares, salvo excepción prevista por la ley. Diríjase a CEDRO (Centro Español de Derechos Reprográficos, www.cedro.org) si necesita fotocopiar o escanear algún fragmento de esta obra».

ISBN: 978-84-267-3290-3

Producción del ePub: booqlab

Dedicado a mi familia personal y profesional; este libro es un tributo a ustedes.

Con paciencia y dedicación, juntos hemos conseguido que la oficina técnica esté dentro del taller de fabricación.

ÍNDICE

1. Utillaje industrial aplicado a SolidWorks®

1.1 Tipos de utillajes industriales

1.2 Verificación

1.2.1 Consideraciones previas

1.2.2 Verificación precisa

1.2.3 Verificación de ajuste rápido

1.2.4 Verificación en serie

1.2.5 Verificación con impresora 3D

1.2.6 Optimización utillaje

1.3 Curvado

1.3.1 Teoría del curvado

1.3.2 Plano curvado plano

1.3.3 Plano curvado espacial

1.3.4 Diseño utillaje curvado

1.4 Mecanizado

1.4.1 Consideraciones previas

1.4.2 Plano mecanizado sencillo

1.4.3 Plano mecanizado complejo

1.4.4 Diseño utillaje para mecanizado en serie

1.4.5 Diseño utillaje para mecanizado por proyecto

1.4.6 Definición del plano de mecanizado

1.5 Tronzado

1.5.1 Consideraciones previas

1.5.2 Ejemplo de utillaje para tronzado manual

1.5.3 Ejemplo de utillaje para tronzado automático

1.6 Prensado

1.6.1 Consideraciones previas

1.6.2 Utillaje plegado simple abierto

1.6.3 Optimización utillaje plegado simple

1.6.4 Utillaje plegado compuesto cerrado

1.6.5 Utillaje de conformado de tubo

1.6.6 Utillaje de corte

1.7 Soldadura

1.7.1 Utillaje de torreta mecanizada

1.7.2 Utillaje de corte láser

1.7.3 Utillaje taller soldadura

1. UTILLAJE INDUSTRIAL APLICADO A SOLIDWORKS^®

Todo ingeniero, diseñador industrial, proyectista o encargado de taller ha tenido la necesidad en algún momento de su carrera profesional de crear un utillaje, ya sea para facilitar la fabricación o para ayudar al montaje de algún componente de producción.

A través de este libro, usted conocerá los diferentes caminos existentes dentro de los procesos industriales y aprenderá a documentar su prototipo para su correcta fabricación.

1.1 TIPOS DE UTILLAJES INDUSTRIALES

La palabra industria abarca un amplio campo de conocimiento; en este libro usted conocerá una industria de gran importancia, como es la siderometalúrgica.

Los utillajes aplicados en esta industria se pueden dividir en:

a) Utillaje de precisión: se utiliza normalmente en última fase de producción, donde los errores se deben minimizar al máximo. Dentro de este grupo, estarían los famosos utillajes con posicionado, que requieren de un tiempo elevado en su ajuste.

b) Utillaje de corte láser: se utiliza para procesos donde la tolerancia admisible es mayor; por ello, usted se puede permitir el lujo de ganar tiempo en el ajuste.

c) Utillaje de construcción libre: es el que menos precisión aporta y, por ende, el más rápido en cuanto a ajuste se refiere. Le puede ser de mucha ayuda si cuenta en su taller con una mesa de soldado.

d) Utillaje de impresión 3D: se trata de una técnica rápida y precisa. Su principal inconveniente es la fragilidad que puede presentar frente a esfuerzos o desgaste.

1.2 VERIFICACIÓN

Una de las partes más importantes del proceso industrial es el control de las medidas, tanto en tubos como en chapa (que serán los dos principales elementos que trabajará usted en este manual).

Para realizar un útil de verificación orientado al tubo, debe utilizar la norma UNE-EN 10255, que nos aporta las tolerancias dimensionales con las que trabaja. Si, por el contrario, desea realizar un útil de verificación para una chapa plana o plegada, debe ceñirse a la norma UNE-EN 10346:2015.

En ambos casos no debe confundir las tolerancias de suministro con las constructivas. Las primeras las da el proveedor y aparecen en las normas anteriormente citadas, mientras que las segundas son las suministradas por su cliente y es hacia donde se dirige usted.

1.2.1 Consideraciones previas

Antes de empezar a realizar nuestro primer útil, me gustaría explicar por qué se recomienda empezar por la verificación. Esto se debe a una razón de tiempo. Las muestras iniciales se encargan a los proveedores justo al comenzar el proyecto y serán lo primero que recibirá en su taller; por ello necesita este útil lo más pronto posible, para poder validar la fabricación del proveedor.

El segundo paso será analizar el proyecto en detalle, y estudiar la importancia de ese tubo y de su curvado.

El tercer paso será estudiar la memoria del proyecto y exigirle más o menos a ese útil que nos espera para ser construido.

1.2.2 Verificación precisa

Ha llegado el momento en el que usted comienza a fabricar un útil. El archivo que usará se denomina «chasis buggy»; este archivo step nos ha llegado para industrializarse.

Figura 1. Chasis de buggy completo.

Para empezar, podría verificar todos los elementos del modelo. Si es necesario, esto debe hacerse, pero, en su caso, el cliente expresa la importancia de garantizar las medidas del proyecto en las piezas marcadas en azul.

Figura 2. Se solicita que el curvado respete los grados de apertura y el ángulo de biselado en los extremos.

Figura 3. Se solicita que el curvado pase por la entalla y sea completamente simétrico.

Figura 4. Se demanda que el ángulo sea correcto y que las longitudes nunca excedan.

Figura 5. La pletina no puede ser mayor a las dimensiones indicadas en el plano.

Empezará a trabajar con el ejemplo de la Figura 1. Para ello, debe crear un ensamblaje e introducir el archivo «asa trasera». Después, introduzca una chapa de 1000 x 1000 x 10 y denomínela «base útil verificar asa».

Trate de colocar la plancha lo más centrada posible respecto de la pieza por verificar.

Figura 6.

Le sugiero que, cuando proyecte, nunca se olvide de sus compañeros que están en el taller soldando, cortando, etc. Esta herramienta se realiza para que el proyecto salga con calidad, y además tiene que ser fácil de usar y no debe dar pie a errores.

Si dispone el tubo en la posición que se muestra en la Figura 7, se podrá controlar el ángulo del biselado sin entorpecer la extracción de la pieza. Si lo dispone al revés, sufrirá para sacar la pieza.

Figura 7.

Ahora usted puede tomar dos caminos: hacer un útil de precisión y utilizar una fresadora o hacer un útil de menor precisión y utilizar corte láser.

Si usted elige la opción del utillaje de precisión, deberá editar un croquis en la plancha y proyectar la geometría del tubo.

Figura 8.

El siguiente paso será crear un taladro maestro de Ø10 y separarlo del tubo la tolerancia que le suministre su proveedor. En mi caso es 0.2 mm; por ello, compensaré 0.1 mm a cada lado.

La resta de Ø10.2 - Ø10.0 da como resultado 0.2 mm diametrales. Nuestro interés es radial y, por ello, será 0.1 mm. Si se fija la tolerancia, la tenemos a ambos lados; por ello, 0.1 mm x 2 = 0.2 mm.

Figura 9.

Se deben evitar acotaciones en cascada. Si todos los posicionadores tienen la misma medida, seleccione todos los círculos y pinche la relación de geometría IGUAL.

Figura 10.

Seleccione cada uno de los círculos con su línea de control y seleccione la relación TANGENTE.

Figura 11.

Cuidado con las zonas curvas; evite poner el posicionar justo en el punto de empalme. Geométricamente es correcto si lo hace, pero la máquina de curvado puede tener problemas de ajuste y los tubos se deforman un poco en esa zona concreta. Por ello, se sugiere desfasarse en torno a 10-20 mm para salvar esa deformación.

Figura 12.

Misma sugerencia para el caso de la zona cortada. El tubo se deforma un poco por el esfuerzo de la máquina; por ello, es recomendable que lo posicione antes del corte.

Figura 13.

Con el asistente de taladro, seleccione los puntos del croquis y ya tendrá la chapa taladrada con precisión.

Figura 14.

Ahora, al ensamblaje hay que complementarlo con unos pasadores templados normalizados DIN6325 o DIN7979. La diferencia es que los primeros son macizos y los segundos tienen un roscado interior que facilita la extracción. Si hubiera un replanteo de proyecto, el montador agradecerá tenerlo, ya que, de este modo, conseguirá readaptarlo en menos tiempo.

Su modelado no tiene secreto; simplemente hay que realizar una revolución de un croquis con las dimensiones necesarias.

Pasador DIN 6325

Figura 15. Ficha técnica.

Figura 16. Denominación comercial.

Figura 17. Croquis para revolucionar el pasador.

Pasador DIN 7979

Figura 18. Ficha técnica.

Figura 19. Denominación comercial.

Estos modelos se pueden encontrar también en cualquier biblioteca CAD, como www.traceparts.com, de libre descarga en formato step.

El último truco para facilitarle al montador el trabajo tiene que ver con los taladros anteriormente realizados.

Usted los ha realizado pasantes a la medida de Ø10 y tendrá una tolerancia de H7. Esto está bien, pero tiene un problema, y es que puede que se caigan si el útil no está completamente apoyado, pues es una tolerancia que permite el deslizamiento. Además, nuestro compañero de ajuste puede pasarse al clavar el pasador o —peor aún— destrozar la precisión del agujero (en el caso de que sea un operario con corta experiencia).

¿Cómo solucionamos esto?

Debe seleccionar el asistente de taladros y realizar un doble taladro: primero, en nuestra fresadora se utilizará una broca de Ø2.00 mm y, posteriormente, una broca de Ø9.90 mm. La longitud de penetración será de 7.5 sin contar la punta, que en mi caso, es de 120° (consulte con su compañero de taller o con su suministrador de herramientas).

Debe continuar con un escariador de Ø10.00 para dejar el agujero en H7. Por último, utilice un avellanador en ángulo.

A continuación, describiré la función de cada herramienta en nuestro trabajo:

1. La broca de Ø2.00 mm permitirá que pase el aire cuando clavemos el pasador. Este paso se realiza para conseguir que el pasador quede fijo en la plancha pero no caiga.

2. La broca Ø9.90 mm permite realizar el agujero donde queremos clavar el pasador, a una altura de 7.5 mm.

3. El escariador de Ø10.00 mm nos permite darle precisión al agujero.

4. El avellanador para Ø10.00 nos permite matar la arista que dejan las herramientas y facilitar la entrada recta del pasador.

Figura 20. Croquis del agujero para pasador con tope.

Como puede comprobar, nuestro ajuste queda de la siguiente manera:

Figuras 21 y 22. Visualización de ambos pasadores.

Si quiere rizar el rizo, seleccione el pasador DIN7979; con este tipo de ajuste es muy recomendable, pues facilitará mucho la extracción.

Ahora debe colocar todos los pasadores en su correspondiente agujero, con la relación de posición concéntrica y en altura con la relación tangente.

Para saber si nuestro útil cumple la tolerancia deseada, seleccione la herramienta MEDIR y haga clic en el pasador y en el tubo para medir la distancia mínima.

Figura 23. Medida de separación entre tubo y pasador.

Vemos que tiene una separación de 0.1 mm, que es la décima de separación que deseábamos de acuerdo a la norma ISO que nos ha suministrado nuestro proveedor de tubo.

Figura 24. Visualización general del utillaje.

Llegado a este punto, el proceso de curvado está controlado, pero nos falta el proceso de corte. Para ello, es necesario crear un sólido que nos dé la inclinación que deseamos. Además, debe recordar que nuestro cliente quiere que este tubo no quede, en ningún caso, largo; por ello, esta «torreta» la realizará con un desfase de 0.1 mm hacia dentro, para evitar así ese error. En el posterior plano deberá indicar que a este tubo se le ha de eliminar el material sobrante de las aristas cortadas para evitar falseos en longitud y facilitar el soldado.

Croquice una pieza sólida rectangular de 200 x 60 x 40 mm en un archivo sólido.

Introduzca la palabra pieza en el buscador, y verifique que está en la opción COMANDOS.

Figuras 25, 26 y 27. Pasos que seguir para seleccionar el comando INSERTAR PIEZA.

A través de su ruta de archivos seleccione la pieza «asa trasera». Verá que dentro de un archivo sólido tiene dos piezas.

Figura 28.

Seleccione las opciones que desea importar. En nuestro caso no es relevante, pero seleccione planos y eje para ayudarse en los siguientes pasos. En INSERTAR PIEZA puede elegir los elementos que seleccionar; el comando MOVER/COPIAR SÓLIDO le permitirá ubicar el asa en la posición correcta respecto de nuestra torreta.

Figura 29. Insertar pieza.

Figura 30. Mover/copiar sólido.

Seleccione las relaciones de posición de tal manera que el tubo y el plano de alzado sean tangentes.

Figuras 31 y 32. Relaciones de posición como si de un ensamblaje se tratara.

La pieza debe quedar de la siguiente manera:

Figura 33. Sólido definido.

En el siguiente paso, deberá seleccionar la cara inclinada del tubo y realizar un plano paralelo a 0.1 mm hacia dentro. Recuerde que era un requisito solicitado en el enunciado.

Figura 34.

Ahora usará una nueva herramienta: PARTIR. Seleccione el plano como elemento para recorte y la torreta como elemento para ser recortado.

Figura 35.

Ahora tiene 3 elementos: el tubo y las dos torretas. La torreta que hay común al tubo no nos sirve para nada; por ello, solo necesitamos la torreta que hay más a la derecha.

Figura 36.

La torreta ya la tenemos en mitad de proceso de ajuste. Ahora debe seleccionar en la base dos agujeros de Ø10.00 mm H7, y un taladro M10 para poder fijarlo a la base.

Figura 37.

Al ser un plano inclinado en los dos sentidos de giro, si usted quiere realizar un fresado así necesitará un plato divisor doble o una mesa con interpolación y realizar un programa CAD/CAM.

En el siguiente paso, usted deberá insertar la torreta en el ensamblaje y ubicarla correctamente respecto del tubo.

Figura 38.

Si le es necesario, utilice algún plano extra para poder realizar una relación de posición avanzada, como SIMETRÍA.

Figura 39.

Figura 40.

La última relación de posición será la coincidente entre ambos planos; de esta manera, nos aseguramos una interferencia de 0.1 mm, al estar la pieza vinculada con la insertada en la torreta. En caso de que usted quiera mayor interferencia, al actualizar el plano de desfase en el tubo se actualiza la torreta también.

Figura 41.

Para terminar, necesita hacer una simetría de la torreta. Para ello, seleccione la opción SIMETRÍA en el ensamblaje y utilice el plano mitad del mismo.

Figura 42.

Es importante que seleccione la opción CREAR VERSIÓN SIMÉTRICA. De lo contrario, le realizará una geometría no deseada.

Figura 43.

Para terminar, debe realizar en la plancha 4 agujeros idénticos a los creados para los pasadores. Se recomienda posicionar los pasadores al revés para poder extraer al revés.

Figura 44.

Figura 45.

Por último, insertará un tornillo de cabeza avellanada. Este tipo de tornillo facilita su centrado y queda completamente escondido (no causa interferencia con la mesa donde se ubique el útil). Con este tornillo tiene que utilizar dos herramientas: una broca de Ø10.2 mm y un achaflanado. Por otro lado, también puede utilizar un tornillo de cabeza cuadrada, que no se centra como el avellanado, pero puede ser interesante si no necesita ese centrado. La diferencia es que tendrá que utilizar la broca de Ø10.2, el avellanador plano y un achaflanado para eliminar la rebaba.