Elementos móviles en soportes de plástico

Hace ya unos cuantos meses que vengo trabajando en un proyecto personal relacionado con el diseño de piezas de plástico.

Todo el mundo, inclusive aquellos que no se dedican a esto se habrán encontrado con cajas de plástico que quiere abrir y para ello tiene que desenclavar una serie de clips que mantienen cerrada la caja.

En su momento, se me ocurrió preguntarme en cómo podía yo buscar una manera fácil y sencilla para conocer de antemano la eficacia de un clip.


Lo primero que tuve que hacer fue definir cuáles eran las variables que definían esa eficacia. Se me ocurrieron tres

• La capacidad de evitar que el clip se suelte.
• El esfuerzo que necesito para enclavar una pieza sobre la otra.
• La capacidad del clip para no romperse durante el proceso de enclavado y el desenclavado.

Todas estas propiedades se pueden estudiar aplicando la resistencia de materiales y el resultado lo representé en la hoja Excel que podéis ver a continuación.

 

 

Con esta herramienta he conseguido agilizar el diseño de clips y evito mucho trabajo de prueba error. Así mismo he definido tres tipos de secciones configurables para reforzar la base del clip. Todo ello lo conjugo con las tensiones del material en el punto de mayor solicitud y lo comparo con el límite elástico del material que he seleccionado inicialmente.

El éxito que me pareció esta primera hoja Excel, me alimento la ilusión para continuar con mi ejercicio, y empecé a estudiar todos aquellos elementos móviles que pueden aparecer en soportes de plástico, tanto los que ya conozco como aquellos nuevos que se me pudieran ocurrir.

Finalmente acabé con una lista de hasta 7 tipos de elementos móviles que aparecen en las siguientes figuras

 

 

 

Estos son todos los elementos móviles que he podido encontrar y algunos, como el de ballesta que se me han ocurrido. Cualquiera que desee añadir elementos simplemente me puede enviar un correo a mi página WEB y estudiaré lo que se puede hacer.

Esta herramienta me resulta muy útil en el momento de diseñar un elemento móvil porque con solamente poner las dimensiones y darle a un botón, puedo encontrar los esfuerzos que provocarán en su deformación, y la variación que sufrirá por posibles desviaciones debido al efecto de las tolerancias.

El programa calcula un esfuerzo en base a una interferencia con un objeto. Es esta interferencia la que genera el esfuerzo.


Como ya he comentado antes, he definido tres tipos posibles de secciones de manera que puedo jugar con ellas para modificar la constante elástica y así aumentar el esfuerzo que ejerce el elemento en cuestión.

También se puede seleccionar el material y se pueden añadir otros.
Ojo con el módulo elástico ya que es el que se define según la norma ISO 178 (Módulo a la flexión), cualquier otro, no sirve.

Uno de los problemas que podéis tener es que no sepáis haceros a la idea de cuánto son 10 Néwtones o 1 Kg (Que es lo mismo) en un clip. Para ello yo sigo la siguiente regla,

• El dedo meñique y el anular, hacen entre 2,5 y 3 Kg de fuerza
• El índice y el corazón hacen entre 4,5 y 5 Kg
• El pulgar es capaz de hacer 10 Kg de fuerza

Yo cuando pruebo el esfuerzo de un clip o lengüeta pruebo con todos los dedos y con ello me hago una idea de por dónde van los tiros.

 

Por último, en la hoja Excel tenéis clasificado el material que se utiliza en una estereolitografía. Dependiendo del material la diferencia en resistencia puede ser de entre 4 veces (PA66GF15) hasta 6 veces (PA66GF30) más resistente en un compuesto de serie respecto a la estéreo. Esta información es importante para que se tenga una idea de cómo será el producto final.

 

Es posible realizar estos mismos cálculos con secciones variables sin embargo eso lo dejo para el futuro, dependiendo del uso que se le dé a esta primera parte.

 

En la siguiente página WEB encontraréis la matemática desarrollada de estos cálculos asó como la hoja Excel con la que poder trabajar.

 

http://www.eacim.es/Descargas.htm 

 

Espero que os sirva y que os lo paséis bien aplicándola.

 

 

 

 

 

EL GRAFENO.

El grafeno es un nuevo material de reciente creación consistente en láminas del espesor de un átomo, formadas de átomos de carbono dispuestos en una estructura exagonal.
Increíblemente mas resistente que el acero estructural, es un gran semiconductor con el que se han desarrollado transistores de hasta 150GHz cuando el mas rápido que se conoce hasta ahora es capaz de trabajar a 40GHz.
Parece un milagro de la tecnología.
El siguiente artículo trata acerca de él y  es muy recomendable.

http://news.bbc.co.uk/2/hi/programmes/click_online/9491789.stm

Multiplicador de la presión en hidráulica.

La semana pasada, dando vueltas por Internet encontré un artículo interesante acerca ce como multiplicar la presión de un sistema hidráulico.

El esquema es el que se presenta seguidamente,

Paso a describir el funcionamiento.

EL AVANCE
Al accionar la electroválvula hacia la posición 1 (posición de flechas paralelas) empezamos a inyectar aceite que empieza a circular hacia las válvulas de paso C y B.
La entrada por C es libre y por lo tanto entrará aceite directamente hacia el el cilindro D.
Cuando el cilindro D encuentra un obstáculo, se incrementa la presión hasta que llega a los 1400psi (presión regulable por la válvula D) a partir de esta presión empieza a inyectarse aceite en el cilindro E. Este cilindro es el que multiplica la presión de gracias a la diferencia de sección que hay entre las dos caras del émbolo.

El principio físico es simple. Si el émbolo tiene una sección de 100mm2, cuando tengo una presión P en la sección de entrada, transmitimos una fuerza al émbolo de Px100.
Esta fuerza se transmite en presión hacia el émbolo y este  lo convertirá de nuevo en presión hacia el otro lado. Si en el lado contrario se tiene una sección de 50mm2 esta misma fuerza se convertirá en presión según la fórmula P'=F/50. Como las fuerzas que se ejercen en ambos lados son iguales, P * 100=P' * 50 por lo que P'= 2*P .

Este incremento de presión cerrará la válvula antirretorno de C por lo que todo el aceite entrará directamente en el pistón D a una presión 2*P.

Lógicamente disminuiremos a la mitad la velocidad del pistón D. Esta disminuición de velocidad será siempre inversamenteproporcional  al incremento de presión.

También es importante señalar que la válvula C está pilotada (se abre) cuando hay presión en el pistón D en su retorno, por lo que mientras se avanza, la presión en ese lado es cero y la válvula C permanecerá cerrada.

EL RETORNO
El retorno es mas sencillo. Activamos la electroválvula hacia la posición cruzada (posición 2). Inyectamos aceite en el pistón y hacemos retroceder primero ambos cilindros porque B tiene salida libre siendo la velocidad de E doble que la de D y posteriormente cuando E llega a tope, aumenta la presión  y empieza a circular por C el aceite haciendo retroceder el cilindro D hasta el final.


Toda esta maniobra la podemos hacer a través de unas electroválvulas (que sustituyan a B y C) pilotadas por un PLC que se abran a nuestra voluntad o una señal de un final de carrera.

Ficheros excel para trabajar.

Muchas veces me interesa tener herramientas de cálculo que son difíciles de encontrar en internet.
Por ello añadí em mi página WEB un apartado con posibles herramientas para realizar diferentes cálculos.

Hace poco que he empezado y por lo tanto hay pocos ficheros pero espero que poco a poco se vaya llenando con otros muchos mas.

La dirección es http://www.eacim.es/Descargas.htm

Si alguien tiene sugerencias las aceptaré encantado.

Sobre como nervar una pieza de plástico

El otro día en el trabajo un diseñador me hizo una pregunta que me resultó muy interesante.

Estábamos desarrollando una pieza cuyas dimensiones y funcionalidad obligaban a asegurarnos de que fuera bastante robusta. Lógicamente, al ser la pieza de plástico, necesitábamos añadir unos nervios interiores que la hicieran lo suficientemente consistente.
En este momento vino la pregunta, ¿Como han de hacerse las paredes de los nervios? Normalmente éstas siempre son oblicuas a las paredes, pero ¿Por qué?

Yo jamás me había preguntado porque han de ponerse los nervios oblicuos a las paredes, pero la respuesta es bastante obvia, cuando existe un momento flector en la pieza (normalmente paralelo o perpendicular a las paredes exteriores) ,trabajarán ambos nervios, en el otro caso solamente trabajarán aquéllos que son perpendiculares a dicho momento flector.

Por regla general no me suelo quedar satisfecho con mis respuestas si no que busco herramientas que lo demuestren.

Para ello hice un estudio FEM en ambos casos, y en las siguientes imágenes se muestran los resultados.

En el estudio, he desarrollado una pieza de 250x 100x 20 mm nervada, en un caso con nervios paralelos y en el segundo con norvios a 45º de las paredes.

En el estudio FEM he empotrado la pieza por uno de los lados cortos (de 100mm que se ve en el extremo superior de la imagen) y por el otro extremo he aplicado un esfuerzo de 200N (Extremo inferior de la imagen)

Haciendo un análisis comparativo de ambas situaciones se observa que los nervios de la primera trabajan mucho mas que en el segundo caso. Esto es debido a que en la segunda distribución, el esfuerzo queda repartido entre los nervios que se reparten en ambas direcciones mientras que en el primer caso son solo los longitudinales los que soportan todo el esfuerzo.

Sin embargo, ha resultado interesante realizar este estudio porque en el segundo caso, aparecen ciertas concentraciones de tensiones que se tienen que resolver para que aumente la vida de la pieza y no acabe rompiéndose por fatiga.

Para ello, redondeamos un poco los cantos en aquellos puntos mas críticos quedándonos el siguiente resultado;

Como se observará, hemos reducido considerablemente la concentración de tensiones por lo que el resultado definitivo es mucho mas satisfactorio que el primer caso que hemos estudiado.

Finalmente,  y aunque no se vea excesivamente bien, tenemos un par de imágenes que muestran la deformación sufrida por ambas piezas. El primer estudio corresponde a nervios paralelos a las paredes y el segundo a nervios oblicuos.

Mientras que en el primero la deformación máxima es de 20 mm, en el segundo (nervios oblicuos) es de 15mm, es decir, mejoramos la eficiencia del diseño en un 25% en el segundo con respecto al primero.

Como conclusión, podemos decir que un refuerzo oblicuo tiene mayor eficacia sin embargo es importante revisar las posibles concentraciones de tensiones producidas en la pieza y que pudieran disminuir su vida útil.

Acerca de como variar la velocidad en hidraulica y neumática

Por regla general, un esquema de actuación sobre un pistón tanto hidráulico como neumático es el siguiente;

Existen ocasiones, en las que se necesita reducir la velocidad de actuación del pistón. Esta situación suele se normal, y me la he encontrado varias veces, sobretodo en neumática porque el caudal de aire comprimido no suele ser controlable a la entrada, y aunque se controlase, no obtendríamos efectos por el carácter compresible de este.

Cuando necesitamos evitar que se produzcan golpes al final de un movimiento solemos utilizar el esquema que hay en el dibujo que se muestra abajo. Estas situaciones se dan por ejemplo cuando se abre o cierra una tapa de un depósito.

En el esquema que se adjunta, se observa que la válvula antiretorno obliga al fluido a circular por el estrangulamiento durante el recorrido de salida y este estrangulamiento es el que limita la velocidad del movimiento. Se ha de estrangular la salida porque si se hace al revés, el accionamiento funcionará solamente cuando la presión sea suficiente grande como para superar la fuerza de rozamiento, y el movimiento se producirá a saltos.

Hasta aquí, mas o menos todo es lo normal y conocido. Sin embargo hace poco descubrí en un foro un pasito mas allá.

Qué ocurre cuando el recorrido es muy largo? Posiblemente se tarde una eternidad en abrir o cerrar la compuerta. Lo mas normal que nos encontremos es que nuestro jefe o cliente nos dirá que todo funciona perfectamente pero que en cada apertura y cierre, a la empresa le da tiempo a enterrar al operario que se ha muerto del aburrimiento por la inoperatividad del mecanismo.

Esta situación, que no se me ha planteado hasta ahora pero que puede pasarme en el futuro ya ha sido resuelta por alguien y es la que sigue;

En este caso lo que se hace es incorporar una nueva rama con una electroválvula B y un regulador de caudal C (Que podemos eliminarlo si queremos). De esta manera, cuando queremos que el movimiento sea rápido, activaremos la electroválvula B para que se libere un mayor caudal por C y en el momento que nos interese, se cierra B y tendremos el caudal que estará regulado por D.

Un sistema muy sencillo y que me ha parecido interesante para exponerlo aquí.

El GRAFCET en un paro de emergencia

La maniobra de un cilindro mezclador es relativamente sencilla.

Su programación consta de un arranque estrella triángulo, arranque y paro para otros 5 motores de baja potencia y la maniobra de la horquilla de distribución que se mueve de lado a lado del cilindro.

Sin embargo existe una maniobra especialmente delicada en cuanto a seguridad y legalización de maquinaria se refiere. Esta maniobra es el paro de emergencia.

Cuando se activa el paro de emergencia, siempre que el motor general se encuentre en marcha, inicialmente se han de parar todos los motores y acto seguido la normativa dice que hay que abrir la separación entre los cilindros(currones), dar marcha atrás a los motores del blender y el general y de nuevo parar los motores.

La herramienta mas sencilla para desarrollar esta maniobra es el GRAFCET.

Debido a que en los cilindros antiguos no tenemos demasiados elementos que proporcionen una realimentación, todas estas maniobras las tendremos que controlar a través de temporizadores.

El Diagrama Grafcet es el siguiente.

El paso inicial (S3) es el que para todos los motores, el general, el blender y la horquilla (Que tiene dos contactores según vaya a derechas o a izquierdas)

Una vez se han parado los motores, se inicia la inversión en cuatro lineas en paralelo y simultaneas, una para blender otra para el general y una para cada currón.

Una vez finaliza la maniobra se activa la señal de final de maniobra de emergencia y se vuelve a la fase inicial.

Por último, es recomendable que los cilindros lleven un freno para evitar que el motor sufra durante la maniobra de paro de emergencia. Si bien es cierto que cuando la máquina está cargada este freno no es primordial porque quién para a máquina es el producto que está mezclando, en vacío la inercia es tan grande que es importante su inplementación para asegurar su correcto funcionamiento.

ROTURA DE UN BAMBURY

Tengo la desagradable experiencia de haber visto como se rompía un mezclador interno de caucho.

La primera vez que vi un monstruo de estos me parecía imposible que se pudiera romper, pero cuando uno ve las posibles consecuencias que el caucho puede ejercer en una máquina no se sorprende.


Hace pocos meses, me llamó un cliente porque se le había quedado parado el motor del mezclador. Tardó 3 días en decírmelo porque antes intento hacer algo el por su cuenta. Desgraciadamente, la máquina estaba llena y estábamos a 5 grados de temperatura. Así pues, cuando reparé el motor traté de arrancarlo. Todo aquel que haya trabajado con caucho se puede imaginar lo que supone arrancar una máquina cuando está cargada.


Yo lo intenté. Cuando le dí al botón de arranque empezó a girar el motor, se levantó el reductor(18000Kg), se levantó la máquina (20000 Kg ) y el eje que los unía hizo crash. Sobrecogedor. Tremendo el ruido que hace toda esa masa levantándose y reventando.





La rotura del eje planteaba un gran problema. Se tenía que desmontar la máquina entera.



Después de mucho estudiar las posibilidades, llegamos a la siguiente solución,






Vistas por dentro, las piezas son las siguientes.




Evidentemente ha de haber una serie de tornillos que mantengan unidas ambas piezas para que el sistema de chavetas que se montaron no salten teniendo problemas cuando la máquina está trabajando.