Fabricación Modelos fabricados

Transcripción

1 Capítulo 6 Fabricación Una vez obtenidas las dimensiones óptimas del distractor, se fabricó el distractor con las tolerancias y acabados requeridos para el experimento biomecánico. Dado que el aparato será de material metálico, y más concretamente de aluminio y de acero inoxidable, la fabricación constará de procesos de mecanizado, torneado, fresado, cilindrado y roscado entre otros. Las uniones de las diferentes piezas del distractor se realizan mediante tornillos. Se utilizarán las uniones atornilladas para fijar las abrazaderas de las varillas a los aros, comprimiendo las varillas contra los mismos. También se utilizarán uniones atornilladas en las abrazaderas de los pines para unir éstos a los aros del distractor. El objetivo es la fabricación de 5 unidades del distractor. Al ser una serie tan pequeña, se diseñará y se fabricará atendiendo al proceso de creación de un prototipo. Por esto, primero se fabricará una unidad, para verificar su funcionamiento y la buena disposición de los elementos y, posteriormente, se modificarán los puntos pertinentes para la fabricación de las otras 4 unidades. La principal diferencia existente entre el prototipo inicial y el final viene de la inclusión de las células de carga, las cuales en el prototipo inicial se hacen de forma aproximada, ya que no estaba claro inicialmente donde se iban a incluir, mientras que en el prototipo final se incluyen de forma más armoniosa y óptima en el mismo. Una vez fabricado el primer distractor vemos que se puede simplificar el diseño abaratando la fabricación y facilitando el montaje del mismo. Haremos los dos aros del distractor de las mismas dimensiones ya que, al incorporar las células de carga, podemos hacer las varillas telescópicas del mismo diámetro en la parte superior e inferior y, por lo tanto, los dos aros se pueden hacer iguales Modelos fabricados Las diferencias entre los dos modelos fabricados (figura 6.1) se encuentran en las varillas telescópicas y en los aros. 57

2 58 En el segundo modelo fabricado (figura 6.1 derecha) los aros son iguales, es decir, el aro inferior se ha diseñado de idénticas dimensiones al superior. Las varillas telescópicas en este modelo también han sido modificadas respecto al primer modelo fabricado (figura 6.1 izquierda) ya que son iguales en la zona en la que se fijan a los aros en sus dos extremos. Fig. 6.1: Modelo de fabricación 1 a la izquierda y modelo de fabricación 2 a la derecha. En la figura 6.1 a la izquierda se encuentra el modelo de fabricación 1. Se encuentran en color azul claro las abrazaderas inferiores de las varillas telescópicas. El aro superior y el inferior están de diferente color debido a que son de distintas dimensiones. También sucede esto con las piezas de cierre de los aros, la superior está de color oro mientras que la inferior de color anaranjado debido a que son de diferentes dimensiones. En la figura 6.1 a la derecha se encuentra el modelo de fabricación 2. Se observa cómo ambos aros son del mismo color, así como los cierres de los mismos y las abrazaderas de las varillas telescópicas. Este nuevo diseño tiene grandes ventajas en cuanto a su fabricación, pues solamente hay que realizar las piezas por duplicado o por cuadruplicado, pero de las mismas dimensiones, ahorrando en trabajo de mecanización Características constructivas En este apartado serán descritas las características constructivas más importantes de ambos modelos de distractor construidos.

3 CAPÍTULO 6. FABRICACIÓN Uniones atornilladas Al precisar de un diseño desmontable a la vez que configurable en sus dimensiones, todas las uniones se han realizado mediante tornillos. En función de la carga a soportar por la unión así como de las restricciones de rigidez se han diseñado las uniones atornilladas con diferentes diámetros de tornillo. Al estar la mayoría de las piezas construidas en aluminio, se ha tenido que tomar una serie de medidas en el diseño para evitar los problemas que en este material conlleva el realizar una unión roscada. El rozamiento inherente a una unión roscada provoca en el aluminio un desgaste prematuro de la zona de contacto. Por esto todas las piezas en aluminio con una rosca hembra llevan instalado un helicoide de acero inoxidable. Este helicoide va roscado directamente en el aluminio y queda solidario a la pieza. El tornillo entonces, en lugar de roscar en el aluminio, rosca sobre el helicoide, evitando el desgaste de la pieza. Esto influye en el dimensionado ya que, para incluir estos elementos, el taladrado para el posterior roscado debe ser de mayor diámetro que el que se requeriría para un roscado hembra en acero. Los tornillos elegidos para la construcción del distractor serán de cabeza tipo allen, para facilitar el apriete en el momento de la operación y la facilidad para encontrar los útiles necesarios para el montaje y desmontaje. A continuación se presentan los diferentes diámetros de tornillos utilizados en el distractor: Tornillos Cierre Aros. Son los tornillos que unen los cierres de los aros con estos mismos. Cada cierre de los aros posee dos tornillos. Estos tornillos enroscan en el aro. Tornillos de las abrazaderas de las varillas fijas. Mediante estos tornillos se fijan las varillas fijas a los aros a través de las abrazaderas de las mismas. Los tornillos van roscados al aro. Tornillos de las abrazaderas de las varillas telescópicas. Estos tornillos hacen solidarias las varillas telescópicas con los aros a través de las abrazaderas de las correspondientes varillas y van roscados en el aro. Tornillos de las abrazaderas de los pines cruzados. Estos tornillos fijan los pines cruzados a los aros mediante las abrazaderas de los mismos. Al apretar estos tornillos conseguimos comprimir los pines entre las abrazaderas y los aros, asegurando la estabilidad. Una de las abrazaderas de los dos pines cruzados más extremos en la dirección axial asegura, a la vez que los propios pines cruzados, los apoyos de los pines roscados. Se roscan en las abrazaderas de los pines cruzados. Tornillos de las abrazaderas de los pines móviles. Cada tornillo de este tipo consigue unir los dos pines móviles a la corredera.

4 60 Fijan la abrazadera de los pines móviles en la zona central, permitiendo a ambos pines ocupar ambos lados del tornillo en la abrazadera. Enroscan en la corredera. Son del tipo M4 debido a que el mínimo diámetro de rosca de los helicoides suministrados por el proveedor son de este tamaño y, al ser la corredera de aluminio, esta unión roscada precisa de helicoides. Tornillos de las abrazaderas de los pines roscados. Éstos tornillos fijan cada par de ellos una abrazadera de los pines roscados. Hacen la misma función que los otros tornillos de las abrazaderas de los pines cruzados, pero en lugar de enroscar en la abrazadera, éstos enroscan en los apoyos de los pines roscados. Son del tipo M4 por el mismo motivo que los tornillos para las abrazaderas de los pines móviles; la rosca hembra está realizada en aluminio y por lo tanto precisa de helicoides. Tornillos de los bloqueos de la tuerca de las correderas. Para fijar la posición de las tuercas de la corredera se precisa de estas pequeñas piezas que, al no estar muy solicitadas, será suficiente con unos pequeños tornillos roscados directamente en el aluminio, ya que no hará falta desmontarlos durante la vida útil del distractor. Tornillo Número Tipo Longitud [mm] Cierre Aros 4 M5 20 Abrazadera VF 8 M4 12 Abrazadera VT 8 M5 18 Abrazadera PC 16 M3 25 Abrazadera PM 2 M4 12 Abrazadera PR 4 M4 12 Bloqueo Tuercas 8 M2 8 Tabla 6.1: Tipos de tornillo utilizados en el distractor. VF (varilla fija), VT (varilla telescópica), PC (pines cruzados), PM (pines moviles), PR (pines roscados) Correderas El sistema de corredera de las varillas telescópicas permite el desplazamiento axial de la corredera, guiado por la propia varilla y controlado por la tuerca de la corredera. La rosca que controla el desplazamiento axial es del tipo trapezoidal para conseguir una mejor tolerancia y precisión.

5 CAPI TULO 6. FABRICACIO N 61 Fig. 6.2: Corredera en la parte inferior y varilla telesco pica en la superior. En la figura 6.2 se puede observar la varilla telesco pica con el tapo n superior e inferior desmontados. Esta varilla telesco pica es la del distractor de muestra. Ha servido para tomar las medidas ba sicas y ver co mo esta fabricada. La corredera que se puede observar en la parte inferior de la misma figura ha servido para tomar las dimensiones con las que se han fabricado las correderas de los 5 distractores. En la figura 2.2 se puede observar la disposicio n interna de sus elementos. Es muy importante la correcta mecanizacio n de la superficie cilı ndrica interior de la corredera, ası como la superficie exterior de la varilla, para conseguir un juego correcto y, por lo tanto, un desplazamiento suave a la vez que preciso. La rosca trapezoidal juega un papel importante en crear una buena superficie de contacto, ya que su filete mantiene una superficie cilı ndrica exterior de mayor zona de contacto, mejorando el movimiento Va stago de las varillas telesco picas Inicialmente el disen o del va stago interior de las varillas telesco picas era diferente al finalmente empleado. En un principio se disen o para que la ce lula de carga superior hiciera de tope y sostuviera el va stago contra la fuerza de compresio n del muelle pero, observando la dificultad para el montaje que eso entran aba ası como el de bil disen o que provocaba esa decisio n, se opto por crear un va stago desmontable mediante una unio n roscada. Este va stago tiene en sus extremos unos rebordes, que mantienen fijos los casquillos de bronce comprimidos por el resorte.

6 62 Fig. 6.3: Vástago interior de la varilla telescópica. En la figura 6.3 se observa un plano del vástago interior de una varilla telescópica. Hay un detalle que no se muestra, y es que en la parte central una de las partes del vástago lleva un roscado macho y la otra lleva un roscado hembra para permitir el montaje. También se realizará un planeado en extremos diametralmente opuestos en las rebabas tanto superior como inferior, en un plano paralelo al eje del vástago, para permitir mediante una herramienta montar el vástago Sistema de montaje de las células en las varillas fijas Para introducir las células de carga en el distractor se han tenido que hacer diversas modificaciones en el diseño. Las varillas fijas llevan una célula de carga cada una. Para instalar las células de carga las varillas tienen practicados sendos roscados hembra con la misma rosca que la célula. Al pretender construir las varillas en aluminio y tener que realizar un roscado para fijar las células, se tuvo el problema de que no se suministraba por nuestro proveedor helicoides para un tornillo M3x0.5. La solución se encontró modificando ligeramente el diseño de la varilla introduciendo un tapón de acero inoxidable entre la varilla y la célula. Éste tapón queda, una vez montado, solidario a la varilla. La figura 5.5 muestra las diferentes partes que constituyen la varilla fija. Tras la inclusión de las células de carga, se requiere del sistema con los tapones de acero inoxidable para fijar las mismas. Este diseño aumenta ligeramente el peso del conjunto y dificulta el proceso de fabricación de las varillas pero, al ser la instrumentación del distractor un requisito de diseño, se requiere de estas modificaciones.

7 CAPÍTULO 6. FABRICACIÓN Sistema de montaje de las células en las varillas telescópicas En las varillas telescópicas se incorporarán dos células de carga en cada una de ellas, lo que hace un total de 4 células. El sistema de fijación de las mismas es idéntico al utilizado en las varillas fijas (figura 5.5), con la salvedad de que la varilla telescópica en su zona central tiene mayor complejidad mecánica y existen piezas de acero inoxidable. Gracias a la utilización de este material no se requiere la utilización de helicoides en los agujeros roscados. La célula de carga superior de la varilla telescópica enrosca por su parte superior con una varilla de aluminio con tapón de acero inoxidable semejante al de la varilla fija. Por debajo enrosca en el vástago interior de la varilla, que es de acero inoxidable y, por lo tanto, no requiere de helicoide. La célula de carga inferior enrosca en su parte inferior con una varilla de aluminio con tapón de acero inoxidable. Por arriba enrosca con el tapón de acero que fija el casquillo de bronce inferior en su posición. No se requiere por tanto de la colocación de un helicoide Aros Los aros constan de dos piezas, la U y el cierre. La U es la pieza que tiene forma de U. El cierre es la pieza que, una vez fijada a la U, crea el aro. Ambas piezas se mecanizarán mediante una máquina de control numérico para sistematizar el proceso de fabricación de varias unidades. Se creará un programa de control numérico a partir de los planos de las piezas. Una vez que el programa está creado se pueden fabricar tantas piezas como se requiera sin la necesidad del nivel de trabajo que precisarían otros métodos de fabricación menos automatizados.

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