Dise o de una m quina termoformadora para moldes de produc )
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IPN ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA
MECANICA Y ELECTRICA
INGENIERIA AERONAUTICA
“DISEÑO DE UNA MAQUINA TERMOFORMADORA PARA MOLDES DE PRODUCCION LIMITADA”
REPORTE FINAL DE INVESTIGACIÓN
PARA OBTENER EL TITULO DE INGENIERO EN AERONAUTICA
P R E S E N T A: JESUS ESCALONA OLMOS
MAX SANTIAGO LABRA
MEXICO D.F., a 20 de enero de 2006
1
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INDICE Página INRODUCCION . . . . . . . . 1 GLOSARIO . . . . . . . . . 2 CAP. I PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA . . . 3
1.1 CONTEXTO. . . . . . . 3 1.2 OBJETIVO GENERAL. . . . . . 3
1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS . . . . 3
1.4 JUSTIFICACIÓN . . . . . 4
1.5 ALCANCE . . . . . . 4
1.6 METODOLOGÍA UTILIZADA . . . . 5
CAP. II MARCO TEÓRICO . . . . . . 6 CAP. III ESTUDIO QFD . . . . . . 8 CAP. IV DISEÑO DE ELEMENTOS MECANICOS . . 24 CAP. V DISEÑO ELECTRICO-ELECTRONICO . . . 29 CONCLUSIONES . . . . . . . . 31 BIBLIOGRAFÍA . . . . . . . . 32 APENDICES . . . . . . . . . 33
3
INTRODUCCION
El uso de materiales plásticos como materia prima ah venido creciendo a
través de los años ya que son productos maleables, ligeros, baratos y una
buena parte de ellos reciclables.
Para poder utilizarlos en las diferentes industrias requiere de procesos
específicos y tratamientos especiales por lo que surgen necesidades tales
como la creación de nuevos aditivos que cambien sus propiedades y de
máquinas para transformarlos.
En este trabajo propondremos una máquina para el termoformado que
deberá cubrir ciertas necesidades y contar con cualidades específicas para
hacerla rentable para lo que nos enfocaremos en las formas del diseño y en los
materiales con la cual se buscará satisfacer a personas que trabajen en bajos
volúmenes y que requieren de algo simple.
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GLOSARIO DE TERMINOS LED. - Diodo emisor de luz.
MAGNETRON. - Lámpara de alta frecuencia que emite ondas
electromagnéticas de menos de 1 cm de longitud (microondas).
PONDERACION. - Valoración que se da a una variable, en economía o
estadística, según su importancia relativa dentro de un conjunto o sistema.
POTENCIOMETRO. – Instrumento para controlar la salida de potencia
eléctrica.
QFD. – Quality function deployment.
TERMOFORMADO. – Proceso por el cual se da forma a materiales plásticos
mediante calor y vacío.
TERMOPAR. - Es un circuito formado por dos metales distintos que produce un
voltaje siempre y cuando los metales se encuentren a temperaturas diferentes,
son ampliamente usados como sensores de temperatura.
TWEETER. – Dispositivo que produce sonido. Bocina.
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Capítulo I 1.1 Contexto
Se ha notado la ausencia en el mercado de una máquina para producir
mediante el proceso de termoformado, una cantidad muy reducida de piezas, a
partir de moldes prototipo maquinados de forma sencilla, incluso hasta casera,
a un costo relativamente bajo.
Dado que las máquinas termoformadoras comúnmente encontradas en
el mercado manejan grandes volúmenes de producción son muy complejas en
sus sistemas y en su operación, además de ser voluminosas y pesadas,
resultando esto en un costo muy elevado de adquisición, no siendo aptas para
producciones por debajo de las 20 000 unidades, y por lo tanto, no son aptas
para los propósitos antes mencionados.
1.2 Objetivo general
Crear una máquina capaz de producir réplicas de un molde de bajo
volumen de producción, con un costo por unidad producida económico.
1.3 Objetivos Específicos
El objetivo específico para el Capítulo 1 de este documento, será dejar
bien establecidas las razones, motivaciones, metas y justificaciones por las
cuales se ha decidido solucionar este problema.
Dentro del Capítulo 2 se establecerá el marco teórico dentro del cual
debe desarrollarse este proyecto, así como la metodología que se seguirá para
conseguir la información sobre la cual se basará el diseño resultante.
En el Capítulo 3 se procesará la información obtenida con la ayuda de
las herramientas establecidas en el capítulo anterior, para obtener la solución
más conveniente para cada problema.
El Capítulo 4 estará enfocado en el diseño de los elementos mecánicos
y estructurales que conformarán a la máquina resultante del estudio previo.
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El Capítulo 5 se dedicará el diseño eléctrico-electrónico y térmico que
formarán parte del diseño.
1.4 Justificación
Se ha decidido realizar este trabajo porque se ha notado que los
estudiantes de la ESIME Ticomán muchas veces se ven en la necesidad de
crear prototipos y modelos para túnel de viento y no se cuenta con las
herramientas apropiadas para poder desarrollar un trabajo completamente
satisfactorio.
Además, algunos de los integrantes de dicha comunidad tienen la afición
al modelismo estático o dinámico, y es de resaltar lo útil que sería una máquina
de esta naturaleza para dicha afición.
Por último, se han identificado algunos clientes potenciales para este
aparato, como serían: los usuarios de talleres y laboratorios escolares de
Ingeniería mecánica y civil, los alumnos de las carreras de arquitectura y
diseño gráfico, los talleres de utilería en teatro y artes plásticas que requieran
en algún momento fabricar, mediante un proceso sencillo, económico y rápido
modelos, prototipos, piezas, empaques o repuestos con moldes caseros
fabricados por ellos mismos. Aunque también sería de gran ayuda para los
pequeños productores de alimentos como dulces, galletas o confitería que
requieran tanto de moldes para fabricar sus productos, como charolas o
empaques para resguardarlos.
1.5 Alcance
El alcance planteado consiste en diseñar una máquina termoformadora
que posea unos bajos costos de adquisición, mantenimiento y operación, un
volumen y un peso reducidos, así como una prolongada vida útil, que sea apta
para bajos volúmenes de producción y que sea compatible con cualquier tipo
de moldes, desde los más sencillos hechos artesanalmente, hasta los más
complicados realizados con sofisticados y modernos métodos de manufactura
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1.6 Metodología
Se trabajará mediante el empleo del método QFD para obtener toda la
información resultante de este documento, la razón principal para elegir este
método, es porque ayuda a dar solución de manera satisfactoria, si no al 100%
de los problemas, a los puntos más críticos en cuestión, además, la
información obtenida es muy fácil de interpretar.
El primer paso a seguir será aplicar una encuesta de 16 preguntas a una
población de 100 individuos repartida en diferentes institutos de educación e
investigación de nivel superior; principalmente a las carreras de Ing.
Aeronáutica, Ing. Mecánica, Arquitectura, Artes Plásticas y en la carrera de
Utilería en la ENBA.
A continuación se hará un análisis de la información obtenida, y se
clasificarán las necesidades de acuerdo a su viabilidad, prioridad, economía y
comodidad principalmente.
Se propondrán diferentes soluciones para cada problema y de ellos se
elegirá el más conveniente, se hará un estudio comparativo de los productos
existentes en el mercado y se decidirá si las soluciones son viables o no.
Por último se integrarán todos los resultados en un diseño conceptual, el
cuál se procederá a desarrollar en los capítulos siguientes.
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Capítulo II
Se tomarán como marco teórico las opiniones y preferencias de los
posibles usuarios de este tipo de máquinas, recolectadas mediante una
encuesta (Anexo 1) y que arroja los siguientes resultados:
Requerimientos del cliente
Los requerimientos del cliente se han obtenido a partir de una encuesta
realizada entre el Sábado 20 y el Martes 23 de Agosto del año 2005, realizada
entre estudiantes y profesores de las diferentes carreras antes mencionadas
del IPN y la ENBA en la Ciudad de México y de la BUAP en la ciudad de
Puebla, así como en diferentes talleres y clubes de modelismo, tanto estático
como dinámico en ambas ciudades.
La encuesta se aplicó a personas afines a este tema y que en algún
momento han tenido la necesidad antes mencionada, con una explicación
previa de los productos ofertados actualmente y de los resultados que pueden
esperar de ellos.
Obligatorios
*Que posea un dispositivo de encendido/apagado.1
*Que posea un sistema de sujeción del material a trabajar.
*Que la pieza formada se pueda desmontar fácilmente del sistema de sujeción
del material.
*Que posea un dispositivo portador/sujetador del molde a copiar.
*Que posea un dispositivo de caja de succión donde se pueda acoplar el
sistema portador/sujetador.
*Que la caja de succión sea compatible tanto con bombas especializadas como
con aspiradoras comunes.
1. Debe cumplir con la Norma Oficial Mexicana NOM-016-SCFI-1993. Ver anexo 2.
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Deseables
*Que posea un dispositivo medidor de temperatura.
*Que posea un dispositivo de control de temperatura.
*Que posea un dispositivo medidor del tiempo.
*Que estén integrados en una sola máquina la fuente de calor, el sistema
portador del material y el cajón de succión portador del molde.
*Que posea la capacidad de intercambiar dispositivos portadores de material
de diferentes medidas.
*Que posea un diseño compacto.
*Que sea de operación sencilla.
*Que sea de mantenimiento sencillo.
*Que sea económico.
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Capítulo III
Estudio QFD para el diseño de una máquina termoformadora para
moldes de producción limitada
El siguiente estudio QFD se ha realizado tomando como referencia los
requerimientos obligatorios y deseables establecidos en el capítulo anterior.
Ponderación de los requerimientos del cliente
Para la ponderación de los requerimientos, tomaremos los
requerimientos deseables del cliente y formaremos con ellos una tabla para
hacer más fácil y práctica esta labor.
Requerimientos a ponderar:
A = *Que estén integrados en una sola máquina la fuente de calor, el sistema
portador del material y el cajón de succión portador del molde.
B = *Que posea un dispositivo medidor de temperatura.
C = *Que posea un dispositivo de control de temperatura.
D = *Que posea un dispositivo medidor del tiempo.
E = *Que posea la capacidad de intercambiar dispositivos portadores de
material de diferentes medidas.
F = *Que posea un diseño compacto.
G = *Que sea de operación sencilla.
H = *Que sea económico.
Con la ayuda de la fórmula:
A= Σ A / Σ Total * 100
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Completamos los valores de la tabla.
A B C D E F G H Σ+ % A # + + + 0 0 - 0 3 16.66 B - # 0 0 - + - 0 1 5.55 C - 0 # 0 - + - 0 1 5.55 D - 0 0 # - + - - 1 5.55 E 0 + + + # 0 + 0 4 22.22 F 0 - - - 0 # + - 1 5.55 G + + + + - - # - 4 22.22 H 0 0 0 + 0 + + # 3 16.66 18 100
Estudio Comparativo
En el estudio comparativo incluiremos los requerimientos tanto
deseables como los no deseables del cliente, comparados contra las
características de los productos disponibles en el mercado, de los cuales se
incluirá una pequeña descripción:
A.- Exo-former 24 de Vacugenic Corporation Precio: $3 425 USD Dimensiones: Superficie de trabajo del conjunto armado: Largo 64’’, Ancho 28’’, Altura 21.375’’, Peso 89 lb Superficie de material para trabajar: 21.5 x 21.5 (54.61 x 54.61cm)
Descripción: De construcción metálica, con bisagra y sistema de
alineación entre la fuente de calor y la fuente de succión para el marco de
soporte, esta máquina incluye fuente de calor, marco de montaje para la placa
de plástico, cajón de succión y fuente de succión (bomba).
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Familia de termoformadoras miniatura de Warmplastic
Son 5 diferentes tamaños de termoformadoras, se venden por separado, todas son de construcción en madera, incluyen marco de montaje para el material, no incluyen fuente de calor ni fuente de succión. B.- Modelo The Canopy Master Precio: $ 84 USD
Dimensiones: 3 ½’’ x 3 ½’’ (8.89 x 8.89cm) C. - Modelo The Kingstone Micro Precio: $ 98 USD Dimensiones: 4’’ x 6’’ (10.6 x 15.24) D. - Modelo The Kingstone Junior Precio: $ 119 USD Dimensiones: 6’’ x 8’’ (10.6 x 20.32cm) E.- Modelo Kingstone Mono Precio: $ 159 USD Dimensiones: 8’’ x 10’’ (20.32 x 25.4cm) F.- Modelo: The Zeppelin Master Precio: $ 199 USD Dimensiones: 11’’ x 6’’
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Requerimientos Obligatorios 1 = *Que posea un dispositivo de encendido/apagado.
2 = *Que posea un sistema de sujeción del material a trabajar.
3 = *Que la pieza formada se pueda desmontar fácilmente del sistema de
sujeción del material.
4 = *Que posea un dispositivo portador/sujetador del molde a copiar.
5 = *Que posea un dispositivo de caja de succión donde se pueda acoplar el
sistema portador/sujetador.
6 = *Que la caja de succión sea compatible tanto con bombas especializadas
como con aspiradoras comunes.
Requerimiento s
Obligatorios Importancia
Relativa Producto
A Producto
B Producto
C Producto
D Producto
E Producto
F
1 100 % 4 0 0 0 0 0
2 100 % 4 2 2 2 2 2
3 100 % 2 1 1 1 1 1
4 100 % 0 0 0 0 0 0
5 100 % 4 4 4 4 4 4
6 100 % 0 4 4 4 4 4 ¿El requerimiento es satisfecho? Totalmente 4 Casi por completo 3 Medianamente 2 Muy poco 1 Nada 0
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Requerimientos Deseables A = *Que estén integrados en una sola máquina la fuente de calor, el sistema
portador del material y el cajón de succión portador del molde.
B = *Que posea un dispositivo medidor de temperatura.
C = *Que posea un dispositivo de control de temperatura.
D = *Que posea un dispositivo medidor del tiempo.
E = *Que posea la capacidad de intercambiar dispositivos portadores de
material de diferentes medidas.
F = *Que posea un diseño compacto.
G = *Que sea de operación sencilla.
H = *Que sea económico.
Requerimientos Deseables
Importancia relativa
Producto A
Producto B
Producto C
Producto D
Producto E
Producto F
A 16.66 4 0 0 0 0 0
B 5.55 0 0 0 0 0 0
C 5.55 3 0 0 0 0 0
D 5.55 0 0 0 0 0 0
E 22.22 0 0 0 0 0 0
F 5.55 0 4 4 4 4 4
G 22.22 4 2 2 2 2 2
H 16.66 0 0 0 0 0 0
¿El requerimiento es satisfecho? Totalmente 4 Casi por completo 3 Medianamente 2 Muy poco 1 Nada 0
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Traducción de los requerimientos del cliente en términos mensurables.
Requerimientos del cliente Traducción del requerimiento Unidad de medición
Obligatorios
Encender/apagar el aparato. Botón de encendido Número de piezas
Sujetar el material a trabajar. Número de piezas
Fácilmente desmonte de la pieza formada del sistema de sujeción de material .
Número de movimientos
Portar/sujetar el molde a copiar. Número de piezas
Caja de succión compatible con el sistema portador/sujetador.
Número de piezas
Compatibilidad con aspiradoras comunes. Diámetro de la toma de aire m
Deseables
Integrar en una sola máquina el sistema portador de material, el molde, la caja de succión y la fuente de calor.
Número de piezas
Medición de la temperatura.
ºC/ºF
Control de la temperatura. Ω
Medición del tiempo.
seg.
Diferentes marcos portadores. Número de piezas
Intercambio de marcos. Número de movimientos Capacidad de portar material de trabajo variable.
Diferentes medidas de trabajo. m2
Diseño compacto Mínimo espacio a ocupar. m3
Mínimo número de componentes. Número de piezas
Experiencia mínima del usuario. Años Operación sencilla
Mínimo esfuerzo físico Número de movimientos
Económico Costo de adquisición $
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Fijación de las metas de diseño
Metas de diseño Magnitud Unidad
Resistencia al desgaste 22 000 o 20 Ciclos de trabajo o años
Peso máximo 60 Kg.
Longitud máxima 0.70 m
Ancho máximo 0.70 m
Altura máxima 0.90 m
Temperatura máxima 350 ºC
Control de temperatura 1 Potenciómetro
Monitoreo de temperatura 1 Termopar
Monitoreo del tiempo 1 Cronómetro
Visualización de los sistemas 1 Tablero de control
Máximo número de piezas desmontables 50 Elementos
Diferentes medidas de trabajo (bastidores) 5 (10 x 10, 20 x 20, 30 x 30, 40 x 40, 50 x 50, ) cm
Herramienta común 5 Herramientas
Diámetro de la toma de succión 2 Plg.
Número máximo de fuentes de vacío acopladas simultáneamente 2 Bombas o
aspiradoras
Rendimiento máximo (sin cambiar el molde) 20 Piezas por hora
Número máximo de movimientos para obtener una pieza 10 Movimientos
Número máximo de movimientos para cambiar los bastidores 20 Movimientos
Tiempo máximo de capacitación 6 Hrs.
Número máximo de personal para montar la máquina 1 Persona
Número máximo de personal para operar la máquina 1 Persona
Número máximo de personal para dar mantenimiento a la máquina 1 Persona
Dimensiones mínimas del molde a copiar 1 x 1 x 1 cm
Dimensiones máximas del molde a copiar 0.45 x 0.45 cm
Altura máxima del molde a copiar 30 cm
Costo máximo por unidad 7 500 Pesos ($)
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Diseño conceptual
A1.- Resistir las condiciones del medio Ambiente.
A2.- Proporcionar succión al sistema.
A3.- Energizar el sistema.
A4.- Monitorear el sistema.
A5.- Desplegar la información del sistema.
A6.- Controlar el sistema.
A7.- Montar el material.
A8.- Montar los moldes.
A9.- Portar el material en diferentes medidas.
A10.- Crear una copia en plástico del molde mediante el proceso de
termoformado.
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Diagrama funcional de nivel mayor Energizar el sistema Control de la Temp. Calentamiento de las resistencias Medición de la temp. Montaje del molde Medición del tiempo Montaje del material Portar el material Señales visuales/auditivas Energía eléctrica Molde Desgaste de los Elementos Encender/apagar Succión Copias del molde Bastidor Medio ambiente Calor disipado Tablero de control Máquina termoformadora
Crear una copia en plástico del molde mediante el proceso de
termoformado
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Clasificación por su importancia
Función global
* Crear una copia en plástico del molde mediante el proceso de termoformado
Funciones complementarias
* Resistir las condiciones del medio Ambiente.
* Proporcionar succión al sistema.
* Energizar el sistema.
* Monitorear el sistema.
* Desplegar la información del sistema.
* Controlar el sistema.
* Montar el material.
* Montar los moldes.
* Portar el material en diferentes medidas.
Clasificación por su naturaleza
* Crear una copia en plástico del molde mediante el proceso de termoformado
* Resistir las condiciones del medio Ambiente.
* Proporcionar succión al sistema.
* Energizar el sistema.
* Monitorear el sistema.
* Desplegar la información del sistema.
* Controlar el sistema.
* Montar el material.
* Montar los moldes.
* Portar el material.
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Creación de conceptos *Cerrar y abrir un circuito para energizar el sistema
- Botón de encendido (eléctrico/electrónico)
- Control remoto
- Switch (mecánico)
*Convertir la energía eléctrica en energía calorífica
- Magnetrón (microondas)
- Resistencias eléctricas
- Lámparas UV
- Resistencias infrarrojas
*Visualizar la información
- LED
- Tweeters (chicharras)
- Focos
- Vibradores
- Display
*Medir la temperatura
- Termómetro
- Termopar
*Controlar la temperatura
- Termostato
- Potenciómetro
- Interruptor
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*Acoplar el sistema portador a la caja de succión
- Manualmente (sin guía)
- Guía tipo “libro” (con bisagra entre la fuente de calor y la fuente de succión)
- Guía de varillas en configuración vertical (la fuente de calor se halla sobre la
fuente de succión sostenida por unas varillas sobre las cuales corre el bastidor)
*Acoplar el bastidor con el material al molde
- Manual
- Automática (hidráulica)
- Automática (mecánica)
- Automática (neumática)
- Automática (eléctrica/electrónica)
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Lluvia de ideas
Idea o concepto a evaluar (Lluvia de ideas)
No
es fa
ctib
le
Tal
vez
sea
fa
ctib
le
Es
muy
fac
tible
Tec
nolo
gía
esta
de
sarr
olla
da
Tec
nolo
gía
está
di
spon
ible
Tec
nolo
gía
está
al
alc
ance
Eva
luac
ión
Si c
umpl
e co
n lo
s re
quer
imie
ntos
de
l clie
nte
No
cum
ple
con
los
requ
erim
ient
os
Cerrar y abrir un circuito para energizar el sistema
Botón de encendido (eléctrico/electrónico) O O O O O Control remoto 1,2 O X O O Switch (mecánico) 4 O O O O
Convertir la energía eléctrica en energía calorífica
Magnetrón (microondas) 1,4,5 O X X O Resistencias eléctricas O O O O O Lámparas UV 1,4,2 O O O O Resistencias infrarrojas 1,2 O X O O
Visualizar la información
LED O O O O O Tweeters (chicharras) O O O O O Focos 2 O O O O Vibradores 4 O O O X Display 1 O O O O
Medir la temperatura
Termómetro 4 O O O O Termopar 1 O O O O
Controlar la temperatura
Termostato O O O O O Potenciómetro O O O O O Interruptor 4 O O O X
Acoplar el sistema portador a la caja de succión
Manualmente 4 O O O X Guía tipo “libro” 3 O O O O Guía de varillas en configuración vertical 4 O O O O
Acoplar el bastidor con el material al molde
Manual O O O O O Automática (hidráulica) X Automática (mecánica) 1,3 O O Automática (neumática) X Automática (eléctrica/electrónica) 1,2,3 O O O O O.- Cumple con la evaluación X.- No cumple con la evaluación 1.- Si no se incrementa su costo 2.-Si no se incrementa el consumo de energía 3.- Si el mecanismo no es muy grande y/o pesado 4.- Si el sistema no disminuye la seguridad durante la operación 5.- Si no aumenta la complejidad de la operación
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Generación de conceptos globales
Funciones Conceptos
Primer nivel A B C D E
Energizar el sistema
Switch (mecánico)
Eléctrico/electrónico
Control remoto
Convertir energía eléctrica en calor
Magnetrón
Resistencias
eléctricas
Lámparas UV
Resistencias infrarrojas
Visualizar la información
LED
Chicharras
Focos
Vibradores
Display
Medir la temperatura
Termómetro
Termopar
Controlar la temperatura
Potenciómetro
Termostato
Interruptor
Potenciómetro/
Termostato
Acoplar el sistema portador a la caja de
succión
Manualmente
Guía tipo libro
Guía de varillas
Acoplar el bastidor con el material al
molde
Manual
Mecánica
Eléctrica/electrónica
Resistir las condiciones del medio Ambiente
Recubrimientos
superficiales
Materiales resistentes a las temperaturas de
trabajo
Materiales cerámicos
Proporcionar
succión al sistema
Compatible con
aspiradora
Compatible con
bomba
Compatible con
ambos
Montar los moldes
Manual
Automático
Montar el material a
los bastidores
Manual
Automático
Portar el material en diferentes medidas
Marcos de diferentes medidas ajustables
al bastidor
Bastidor de
geometría variable
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Estudio comparativo Requerimientos del cliente Importancia relativa I II III
Que posea un dispositivo de encendido/apagado. 10 - S R Que posea un sistema de sujeción del material a trabajar. 10 S S E Que la pieza formada se pueda desmontar fácilmente del sistema de sujeción del material.
10 - - F
Que posea un dispositivo portador/sujetador del molde a copiar. 10 - - E Que posea un dispositivo de caja de succión donde se pueda acoplar el sistema portador/sujetador.
10 S S R
Obl
igat
orio
s
Que la caja de succión sea compatible tanto con bombas especializadas como con aspiradoras comunes
10 - - E
Que estén integrados en una sola máquina la fuente de calor, el sistema portador del material y el cajón de succión portador del molde.
3 - + N
Que posea un dispositivo medidor de temperatura. 1 - - C Que posea un dispositivo de control de temperatura. 2 - S I Que posea un dispositivo medidor del tiempo. 2 - - A Que posea la capacidad de intercambiar dispositivos portadores de material de diferentes medidas.
4 - -
Que posea un diseño compacto. 1 + - Que sea de operación sencilla. 4 - S
Des
eabl
es
Que sea económico. 3 - - Total (+) 1 1 0 Total (-) -
11 -8 0
Diferencia -10
-7 0
Res
ulta
dos
Importancia relativa total -58
-38
0
*I.- Familia de termoformadoras miniatura de Warmplastic
II.- Exo-former 24 de Vacugenic Corporation
Referencia.- Modelo propuesto como solución
*Se ha decidido comparar a toda la familia de termoformadoras juntas, ya que
las únicas diferencias entre los 5 modelos son las dimensiones, y el precio,
pero éstos últimos son más o menos proporcionales.
Concepto
+.- Significa que el modelo funcional es superior en ese aspecto al modelo de
referencia
-.- Significa que el modelo funcional es inferior en ese aspecto al modelo de
referencia
S.- Significa que el modelo funcional cumple de la misma manera con el
requerimiento que el modelo de referencia.
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Conclusión
Gracias al estudio QFD, hemos podido identificar las funciones
principales que son aquellas a las que debemos prestar más atención a la hora
de resolver los requerimientos del cliente, también ha sido posible identificar las
fortalezas y las debilidades de los productos de la competencia, y con ayuda
del Diseño Conceptual hemos desarrollado un producto superior en la mayoría
de sus características a los de la competencia.
26
Capítulo IV 4.1 Diseño de elementos mecánicos
La máquina se compone de 4 módulos básicamente que son el de de
sujeción, calentamiento, el cajón de succión y de control. Para disminuir costos
de producción así como complejidad de maquinado seleccionamos materiales
lo suficientemente resistentes al trabajo exigido sin que sean demasiado caros.
El módulo de sujeción se compone de 3 elementos construidos de
madera que son una cubierta inferior, una superior y el bastidor móvil. Con los
dos primeros elementos se sujetará el material de trabajo en una situación de
tipo sándwich. El área de trabajo es variable de acuerdo al tamaño de la pieza
a trabajar variando desde 10x10 cm hasta 50x50 cm. La parte inferior (FIG. 1)
estará fija a el bastidor por lo que para alimentar de material, estará sujeta a la
cubierta superior mediante tres bisagras.
FIG. 1 Cubierta inferior.
27
Al colocar el material a trabajar sobre la cubierta inferior se aprisionará
con la cubierta superior (Fig. 2). Ambas cubiertas estarán sujetas mediante un
par de tornillos al extremo los cuales se sujetan al bastidor móvil y se aseguran
con tuercas.
FIG. 2 CUBIERTA SUPERIOR
El bastidor móvil (FIG. 3) contiene a las anteriores dos partes contando
con agarraderas para facilitar el movimiento y prevenir quemaduras en el
usuario además de ejercer la presión necesaria. Este bastidor correrá por 4
guías PTR de una pulgada.
En la parte superior se encuentra el módulo de calentamiento el cual
consta de una hoja de madera recubierta de una capa de asbesto en la cual
estará sujeta una resistencia eléctrica. La resistencia se fija a la madera con
arneses cerámicos. La hoja de madera sirve para cubrir la resistencia, la cual
habrá de proporcionar el calor necesario para hacer maleable el plástico a
trabajar, para proteger a la madera y aislar el calor generado utilizamos la fibra
de asbesto que debe resistir al menos 400°C.
28
FIG. 3 BASTIDOR MOVIL
FIG. 4 MODULO DE CALENTAMIENTO
29
El cajón de succión está compuesto por una caja de madera cubierta por
una tapa (FIG. 4) hecha de aluminio con orificios para sacar el aire y así evitar
la formación de burbujas en la nueva pieza. El área de trabajo (superficie
barrenada) es variable en iguales dimensiones a las cubiertas. En el cajón
tenemos un ducto del lado izquierdo en el cual se conecta la fuente de succión.
FIG. 4 Tapa de succión
El área de control está localizada en la parte frontal de la máquina la
cual está detallada en el capítulo 5. Para conectar la resistencia al sistema de
control se utilizan los PTR frontales como conductos del cableado necesario
con lo cual también podemos protegerlos del medio.
Algunas especificaciones de los materiales se encuentran en el anexo 3.
30
FIG. 6 Vista general
31
Capítulo IV 5.1 Diseño eléctrico-electrónico
El circuito eléctrico-electrónico se compone de una fuente, un circuito de
control de fase y la resistencia eléctrica de carga.
La fuente suministra 12-24 volts de CD al circuito electrónico (el cual
consta de un potenciómetro y una salida de potencia), mediante el cual se va a
controlar el circuito eléctrico conformado por la resistencia de tungsteno.
El control de fase o salida de potencia acopla el circuito de CA y CD
haciendo posible variar la temperatura de la resistencia administrando la
energía de alimentación mediante el potenciómetro. Para este propósito se
emplea un interruptor controlado de silicio (SCR).
La resistencia eléctrica fabricada de tungsteno funciona con 120 volts de
CA y es capaz de producir los 350°C necesarios para el calentamiento del
plástico.
Con esto se trata de simplificar el control de la máquina haciendo
sencillo su funcionamiento y su reparación en caso de una posible avería.
A continuación se presenta el diagrama general.
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CONCLUSIONES
Se han cumplido varios objetivos de diseño, como por ejemplo el obtener
que este nuevo producto sea mas rentable en cuanto al costo de producción,
mantenimiento, y versatilidad. También se logro juntar el sistema de succión
con la fuente de calor y el sistema portador del material a trabajar.
También logramos que el molde formado se pueda desmontar fácilmente
del sistema de sujeción. Podremos trabajar con diferentes tamaños de piezas,
sin embargo, tal vez seria posible realizar diferentes geometrías del área de
succión en las tapas.
Por otra parte no se lograron algunos objetivos como medir la
temperatura ya que requerimos de un mayor volumen de espacio en el área de
control para poder manejar más instrumentos. Si se retoma este trabajo se
debe agregar más espacio a esa sección para poder albergar un display de
temperatura
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BIBLIOGRAFIA
ELECTRONICA TEORIA DE CIRCUITOS
Robert Boylestad, Louis Nashelsky. Prentice Hall Hispanoamericana, Segunda Edicion. Pp 578-581
CIRCUITOS ELECTRICOS Joseph A. Edminister, Mahmood Nahvi . Serie Schaum, Tercera Edicion. Pp 261-293
SECRETARIA DE ECONOMIA
www.economia.gob.mx. NOM-016-SCFI-1993. http://www.aeim.org/maderaview.asp?key=67 http://www.awc.org/index.html
PROPIEDADES FISICAS DE LA MADERA
http://personal.iddeo.es/javiarias/mueble11.htm
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Apéndice 1 1.- ¿Para qué tipo de actividad que usted desarrolla es necesario el empleo de una máquina termoformadora?
a. Escolar b. Laboral c. Recreativa d. Artística 2.- ¿Conoce usted los principios de funcionamiento de la máquina termoformadora?
a. Sí b. No 3.- ¿Cuenta usted actualmente con una máquina de este tipo?
a. Sí b. No En caso de poseerla, ¿cuál es su origen?_______________________________ 4.- ¿Tiene usted problemas para fabricar los moldes?
a. Sí b. No ¿Cuáles?________________________________ 5.- ¿Qué tipo de material es el que emplea o emplearía más comúnmente para el proceso de termoformado?
a. Poliestireno b. PET-G c. Policarbonato d. Acetato butirato e. Otro
6.- ¿Qué calibre emplea o emplearía para el material antes mencionado?
a. 0.10-0.20 b. 0.30-0.40 c. 0.50-0.60 d. Otro Especifique:________________________ 7.- ¿Cuál de las siguientes dimensiones es la que más se aproxima a sus necesidades de trabajo?
a. 10x10 cm b. 20x20 cm c. 30x30 cm d. 40x40cm e. Otra 8.- ¿Cree usted que las máquinas de este tipo ofertadas actualmente cumplen
satisfactoriamente con sus requerimientos?
a. Sí b. No
¿Por qué?______________________________________________ En caso de que saliera al mercado una nueva máquina termoformadora, usted:
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9.- ¿Desearía que ésta tuviera la capacidad de intercambiar marcos de diferentes medidas de trabajo para poder ahorrar así material y energía?
a. Sí b. No
10.- ¿Desearía que el diseño de la máquina sea compacto y aproveche al máximo el espacio disponible sin sacrificar la capacidad del área de trabajo?
a. Sí b. No c. Es irrelevante
11.- ¿Desearía que la fuente de calor se incluyera en la máquina junto con el
sistema portador de material y el cajón de succión?
a. Sí b. No
12.- ¿Considera importante contar con un dispositivo indicador de temperatura?
a. Sí b. No 13.- ¿Considera importante contar con un dispositivo controlador de temperatura?
a. Sí b. No
14.- ¿Considera importante contar con un dispositivo medidor de tiempo?
a. Sí b. No 15.- ¿Cuál considera que sea la fuente de succión para la máquina más conveniente o apropiada?
a. Bomba de succión especializada b. Aspiradora casera común y corriente c. Que le pueda adaptar las dos anteriores d. Otra
Especifique:____________________________
16. ¿Hasta cuánto estaría usted dispuesto a pagar por una máquina con las características anteriores?
a. De $2,500 a $3,500 b. De $3,501 a $5,500
c. De $5,501 a $7,500 d. Más de 7,501
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Apéndice 2
10-14-93 NORMA Oficial Mexicana NOM-016-SCFI-1993, Aparatos electrónicos – Aparatos electrónicos de uso en oficina y alimentados por diferentes fuentes de energía eléctrica - requisitos de seguridad y métodos de prueba. 1.- OBJETIVO Esta Norma Oficial Mexicana establece los requisitos de seguridad así como los métodos de prueba que deben de cumplir los aparatos electrónicos de uso en oficinas y escuelas.
2.- CAMPO DE APLICACION Esta Norma Oficial Mexicana se aplica a los aparatos electrónicos y electromecánicos de uso en oficinas y escuelas que se utilizan para la elaboración de diversos trabajos, propios de dichos lugares. Se considera como tales aparatos a las máquinas de escribir electrónicas, máquinas copiadoras y/o duplicadoras para la reproducción de documentos, calculadoras electrónicas, pizarrones electrónicos a aparatos de telefacsimilado y otros aparatos de uso en oficina y escuelas. Esta Norma es aplicable tanto a productos de fabricación nacional como importados
4.- ESPECIFICACIONES 4.1 Funcionamiento. El aparato no debe presentar alteraciones en su funcionamiento de acuerdo al manual de operación al someter al método de prueba indicado en 5.1. 4.2 Calentamiento bajo condiciones normales de operación. Todas las partes del aparato que en uso normal sean accesibles al usuario no deben tener una temperatura mayor de 20 C, sobre la temperatura ambiente, después de 1h continua de operación a su máxima capacidad, se verifica de acuerdo al método de prueba indicado en 5.2 4.3 Protector eléctrico de sobrecarga. El aparato debe contar con elementos interruptores que impidan una sobrecarga en su línea de alimentación y/o en sus fuentes internas para proteger el circuito; éste se verifica de acuerdo al método de prueba indicado en 5.3 4.4 Resistencia a la humedad. El aparato no debe presentar signos importantes de Corrosión en todas sus partes, después de haber sido sometido al método de prueba descrito en 5.4. 4.5 Rigidez dieléctrica.
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Al someter al aparato al método de prueba descrito en 5.5 no debe presentar arcos eléctricos ni descargas disruptivas en el transcurso de la prueba. 4.6 Resistencia de aislamiento. El aparato no debe tener una resistencia de aislamiento menor que la indicada
en la tabla 1, al medirse conforme al método de prueba descrito en 5.6.
4.7 Corriente de fuga. La corriente de fuga del aparato de acuerdo a su clasificaci6n, no debe ser mayor de los valores indicados a continuación: Partes metálicas accesibles y laminillas delgadas: a) Para aparatos clase 0 clase 01 y clase 111 0.5 mA. b) Para aparatos portátiles clase l 0.75' mA. c) Para aparatos estacionarios clase operados por motor 3.5 mA. d) Para aparatos clase II 0.25 mA.
4.8 Acabado. El aparato debe presentar un acabado terso, libre de bordes filosos o aristas pronunciadas.
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5.- METODOS DE PRUEBA 5.1 Funcionamiento. 5.1.1 Aparatos y equipo. - Fuente de tensión variable con la capacidad suficiente para proporcionar la potencia de consumo y tensión del aparato bajo prueba y con una variación regulable en tensión de # 15%. - Voltímetro de c.a. d c.c. capaz de medir la tensión aplicada al aparato bajo prueba con una precisión de # 1% 5.2 Calentamiento bajo condiciones normales de operación. 5.2.1 Aparatos y equipo. - Mismo equipo que se indica en 5.1.1. - Termopar con capacidad de 100°C, con una precisión de # 1%. 5.2.2 Procedimiento. - Conectar la muestra a la frente de alimentación aplicando su tensión nominal. - Operar la muestra durante 1 h de acuerdo a su manual de operación. - Registrar la temperatura ambiente. - Registrar los valores de temperatura de las partes del aparato accesibles al usuario. 5.2.3 Resultados. Al finalizar la prueba debe cumplirse con lo especificado en 4.2. 5.3 Protector eléctrico de sobrecarga. 5.3.1 Aparatos y equipo. - Herramienta necesaria para desarmar la muestra bajo prueba. 5.3.2 Procedimiento. Esta prueba se realiza por inspección visual. 5.3.3 Resultados. La muestra bajo prueba debe cumplir con la especificación indicada en 4.3. 5.4 Resistencia a la humedad. 5.4.1 Aparatos y equipo. - Cámara de humedad que cumpla con las siguientes condiciones: a) Cerrar herméticamente. b) Estar térmicamente aislada. c) Poder mantener la humedad relativa interior entre 91 y 95%. d) Mantener la temperatura del aire en 40 # 2°C, en todos los lugares donde puedan colocarse las muestras. e) Contar con los medios necesarios para hacer circular constantemente el aire contenido en su interior. g) No debe precipitarse agua sobre las muestras bajo prueba.
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Apéndice 3
PROPIEDADES DEL ASBESTO
ESTILO 533N - ASBESTO HOJA CON NBR
Medidas: 1/64", 1/32", 1/16", 3/32", 1/8", 3/16" y 1/4"; Limite de Temperatura: -40°F hasta 750°F; Limite de presión: 1370 PSI; Dimensión de la Hoja: 59" x 63". Descripción: Hoja comprimida libre de asbesto producida de aramid y fibras sintéticas consolidado con NBR. Disponible con SBR. Aplicaciones: Agua, Salmuera, Ácidos Suaves, álcalis, aire, aceite, solventes y refrigerantes.
ESTILO 555 - CON INSERTOS DE ALAMBRE LIBRE DE ASBESTO CON NBR
Medidas: 1/32", 1/16", 3/32, and 1/8"; Limite de Temperatura: -40°F hasta 720°F; Limite de Presión: 1450 PSI; Dimensión de la Hoja: 59" x 63". Descripción: Hoja comprimida libre de asbesto producida de aramid y y fibras sintéticas reforzada con tejido de alambre y NBR. Recomendado para aplicaciones de sellado donde fluctúan la temperatura y la presión. Nota: Disponible con o sin grafito en ambos lados.
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Aplicaciones: Vapor saturado, agua, salmuera, ácidos suaves, álcalis, aceites, solventes y refrigerantes.
ESTILO 850 - HOJA COMPRIMIDA DE FIBRA DE CARBON CON NBR
Medidas: 1/64", 1/32", 1/16", 3/32, y 1/8"; Limite de Temperatura: -40°F hasta 840°F; Limite de Presión: 1900 PSI; Dimensión de la Hoja: 59" x 63". Descripción: Hoja comprimida libre de asbesto producida con carbón y grafito con NBR. Aplicaciones: Vapor saturado, agua, salmuera, ácidos suaves, álcalis, aire, aceites, solventes y refrigerantes.
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PROPIEDADES FÍSICAS DE LA MADERA
La densidad aparente de las maderas mas corrientes, secadas al aire, son:
Pino Común.................................. 0.32 – 0.76 Kg/dm3 Pino Negro.................................... 0.38 – 0.74 Kg/dm3 Pino- tea....................................... 0.83 – 0.85 Kg/dm3 Albeto............................................ 0.32 – 0.62 Kg/dm3 Pinabette....................................... 0.37 –0.75 Kg/dm3 Alerce........................................... 0.44 – 0.80 Kg/dm3 Roble............................................ 0.71 – 1.07 Kg/dm3 Encina.......................................... 0.95 – 1.20 Kg/dm3 Haya............................................. 0.60 – 0.90 Kg/dm3 Alamo........................................... 0.45 – 0.70 Kg/dm3 Olmo............................................. 0.56 – 0.82 Kg/dm3 Nogal............................................ 0.60 – 0.81 Kg/dm3
Tabla III.7 Densidades de algunas maderas
Resistencia a la tracción.
Resistencia a la compresión.
Resistencia a la flexión
Resistencia a la cortadura.
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Valores de resistencia en dirección paralela a la fibra. Clases de Madera
Resistencia a la tracción en
N/mm2
Resistencia a la presión en
N/mm2
Resistencia a la flexión en
N/mm2
Resistencia a la cortadura en N/mm2
Abeto Blanco 90 43 66 7 Pino 104 47 87 10 Alerce 107 48 96 10 Abeto Rojo 84 40 62 5 Arce 82 49 95 9 Roble 90 60 10 11 Fresno 165 51 11 13 Haya roja 135 53 10 8