" PARAMETRIZACIÓN Y MECANIZADO DE UN COMPRESOR, EJE Y TURBINA "
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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN “PARAMETRIZACIÓN Y MECANIZADO DE UN COMPRESOR, EJE Y TURBINA” PRESENTAN: ESQUIVEL GONZÁLEZ TANIA FLORES JARA DIANA MONTZERRAT FRANCO LÁZARO JULIO HERNÁNDEZ RAMÍREZ OCTAVIO RODRÍGUEZ GONZÁLEZ MIGUEL ÁNGEL ASESORES: M. EN C. ARMANDO OROPEZA OSORNIO M EN C. SAJJAD KESHTKAR MÉXICO D. F, JUNIO 2012
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INSTITUTO POLITÉCNICO
NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
UNIDAD PROFESIONAL TICOMÁN
“PARAMETRIZACIÓN Y MECANIZADO
DE UN COMPRESOR, EJE
Y TURBINA”
PRESENTAN:
ESQUIVEL GONZÁLEZ TANIA
FLORES JARA DIANA MONTZERRAT
FRANCO LÁZARO JULIO
HERNÁNDEZ RAMÍREZ OCTAVIO
RODRÍGUEZ GONZÁLEZ MIGUEL ÁNGEL
ASESORES:
M. EN C. ARMANDO OROPEZA OSORNIO
M EN C. SAJJAD KESHTKAR
MÉXICO D. F, JUNIO 2012
II
CONTENIDO
Página Resumen. X Introducción. XI Objetivo general. XIII Objetivo particular. XIII Justificación. XIV Alcance. XV
CAPÍTULO 1 ESTADO DEL ARTE 1.1 Modelado paramétrico en CAD. 2
1.1.1 Enfoques del modelado paramétrico. 2 1.1.2 Elementos usados por el modelado paramétrico. 3
CAPÍTULO 2 MOTOR TURBOEJE
2.1 Turbinas de gas. 5 2.2 Aplicaciones de turbinas de gas. 6 2.3 Motores con turbina de gas. 6 2.4 Antecedentes del motor turboeje. 6 2.5 Características del motor turboeje. 7 2.6 Cálculo del ciclo termodinámico de un motor turboeje. 9
CAPÍTULO 3 COMPRESOR CENTRÍFUGO
3 Compresor centrífugo. 14 3.1 Características de los compresores centrífugos. 14 3.2 Componentes. 15
3.2.1 Rotor. 15 3.2.2 Difusor. 16 3.2.3 Voluta. 16 3.3 Cálculo del compresor centrífugo. 17
3.3.1 Ángulos de ataque. 18 3.3.2 Altura de los álabes a la salida del impulsor. 19 3.3.3 Pérdidas efectivas. 19 3.3.4 Difusor con álabes. 20
CAPÍTULO 4 TURBINA
4 Turbina. 27 4.1 Tipos de turbinas. 27 4.2 Componentes de una turbina axial. 27 4.3 Cálculo de la turbina. 29
4.3.1 Coeficiente de la caída de temperatura. 30 4.3.2 Ángulo de los gases. 30 4.3.3 Coeficiente de pérdida en los álabes del rotor. 35
III
4.3.4 Obtención de los ángulos de torbellino libre. 36 4.3.5. Número de álabes. 38 4.3.6 Valores reales del rotor y estator. 39
CAPÍTULO 5 EJE
5 Eje. 42 5.1 Teoría del cálculo del eje. 43 5.2 Ranura del eje. 47 5.3 Ranuras paralelas. 47 5.4 Cálculo de ajustes en el eje. 49
5.4.1 Ajuste eje/compresor. 51 5.4.2 Ajuste turbina/eje. 52
CAPÍTULO 6 MODELADO DE LOS ELEMENTOS
6 Software de modelado CATIA. 54 6.1 Modelado del compresor. 54
6.1.1 Modelado del cubo del rodete. 54 6.1.2 Modelado de los álabes. 56
6.1.2.1 Trazado de los álabes de potencia. 56 6.1.2.2 Trazado de los álabes gasógenos. 59
6.2 Modelado de la turbina. 63 6.2.1 Modelado del álabe de turbina. 63 6.2.2 Modelado de la corona de turbina. 65 6.3 Modelado del eje. 66 6.4 Modelado paramétrico. 67 6.5 Realización del modelado paramétrico. 67
CAPÍTULO 7 MECANIZADO
7.1 Mecanizado CNC. 77 7.2 Materiales para mecanizado. 77
7.2.1 El metal de las súper aleaciones. 78 7.2.2 Súper aleaciones de base Níquel Nimonic 90. 78 7.3 Especificaciones de máquinas CNC. 78 7.4 Especificaciones de herramientas para el mecanizado. 79 7.5 Cálculos del mecanizado. 80
7.5.1 Fórmulas utilizadas. 81 7.6 Componentes de la turbina. 82
7.6.1 Cálculos para el proceso de mecanizado de la corona. 82 7.6.2 Cálculos para el proceso de mecanizado del álabe de
turbina. 85
7.7 Cálculos para el mecanizado del eje. 86 7.8 Cálculos para el mecanizado del compresor centrífugo. 88 7.9 Simulación del mecanizado en software CAM. 90
7.9.1 Simulación del mecanizado de la corona. 90 7.9.2 Simulación del mecanizado del eje. 92
IV
7.9.3 Simulación del mecanizado del álabe de turbina. 93 7.9.4 Simulación del mecanizado del compresor centrífugo. 94
Conclusiones. 96 Referencias. 97 Apéndice A. 98 Apéndice B. 103 Apéndice C. 107 Apéndice D. 108 Apéndice E. 110 Apéndice F. 112 Apéndice G. 113
V
ÍNDICE DE FIGURAS, TABLAS y GRÁFICAS
Figura Página.
2.1 Instalación de un ciclo simple de una turbina de gas. 5 2.2 Ciclo termodinámico Brayton. PvsV y TvsS. 5 2.3 Esquema de la constitución de un motor Arriel 2B. 7 3.1 Componentes de un compresor centrífugo. 15 4.1 Álabe de una turbina. 28 4.2 Álabe rotor de una turbina. 28 5.1 Diagrama de cuerpo libre del eje. 43 5.2 Sección transversal del eje. 44 5.3 Círculo de Mohr. 46 5.4 Configuración de las ranuras del eje. 48 5.5 Desviaciones del eje. 50 5.6 Situación esquematizada de las tolerancias. 51 6.1 Pérfil del cubo del rodete. 55 6.2 Volumen del cubo del rodete. 55 6.3 Triángulo de velocidades del perfil de raíz para el álabe de
potencia. 56
6.4 Triángulo de velocidades del perfil medio para el álabe de potencia.
57
6.5 Triángulo de velocidades del perfil de punta para el álabe de potencia.
57
6.6 Álabe. 58 6.7 Arreglo circular de 7 álabes de potencia. 58 6.8 Triángulo de velocidades del perfil de raíz para el álabe
gasógeno. 59
6.9 Triángulo de velocidades del perfil de punta para el álabe gasógeno.
59
6.10 Vista frontal del álabe gasógeno. 60 6.11 Vista superior del álabe gasógeno. 60 6.12 Arreglo circular de 7 álabes gasógenos. 61 6.13 Compresor centrífugo. 62 6.14 Volúmenes del compresor centrífugo. 62 6.15 Perfiles de raíz, medio y punta del álabe de turbina. 64 6.16 Álabe de turbina. 64 6.17 Corona de la turbina. 65 6.18 Ensamble de la turbina. 65 6.19 Modelado del eje. 66 6.20 Ensamble del compresor, eje y turbina. 66 6.21 Tipos de configuración de acuerdo al parámetro de tipo cadena. 68 6.22 Parámetros que definen la configuración del modelo. 68 6.23 Ejemplo de la herramienta rule/script. 69 6.24 Cambio de configuración. 70 6.25 Ensamble paramétrico. 71
VI
6.26 Selección del tipo de configuración. 71 6.27 Modelo modificado y en proceso de actualización de la nueva
configuración. 72
6.28 6.29
Ensamble paramétrico modificado. Vinculación entre CATIA y Excel para el modelado paramétrico
72 74
7.1 Desbaste interior y exterior de la corona. 74 7.2 Desbaste de superficie de la corona 91 7.3 4 axis pocketing 91 7.4 Simulación de mecanizado del eje. 92 7.5 Selección de la trayectoria de corte para el mecanizado del
álabe de turbina. 92
7.6 Selección del cortador para el mecanizado del álabe de turbina. 93 7.7 Simulación del mecanizado del álabe de turbina. 94 7.8 Simulación del mecanizado del compresor centrífugo. 94 7.9 Vista superior de la simulación del mecanizado del compresor
centrífugo. 95
7.10 Vista lateral de la simulación del mecanizado del compresor centrífugo.
95
Tabla
4.1 Condiciones iniciales para el cálculo de la turbina. 29 4.2 Presiones y temperaturas. 31 4.3 Áreas, alturas y relación de radios para los 3 planos. 35 4.4 Ángulos para los radios de raíz, medio y punta. 37 5.1 Datos de tipos de ajustes. 48 A.1 Condiciones de entrada al motor turbo eje. 98 A.2 Variables para el cálculo del ciclo termodinámico. 98 A.3 Datos para el cálculo del compresor. 101 B.1 Tolerancias del eje. 103 B.2 Tolerancias del agujero. 105 B.3 Ajustes. 106 E.1 Herramienta de desbaste. 110 E.2 Herramienta de desbaste para contorno. 110 E.3 Herramienta de desbaste para superficies. 111 F.1 Requerimientos aproximados de la energía específica para el
corte múltiple por 1.3 para herramienta sin filo. Espesor de la viruta sin deformar: 1mm (0.040pulg).
112
VII
Gráfica
A.1 Lectura del rendimiento isoentrópico del compresor. 95 A.2 Lectura de la relación teórica combustible/aire. 96 A.3 Ángulo correspondiente de salida de la corriente. 98 F.1 Comportamiento de la tensión hasta rotura de súper aleaciones
a 650 y 1100°c. 107
VIII
NOMENCLATURA
Símbolo
Constante universal de los gases.
Razón de calores específicos.
Relación de compresión.
Factor de potencia.
Grado de reacción.
Velocidad de rotación.
Número de álabes.
Factor de deslizamiento.
Velocidad angular.
Altura del álabe.
Grado de reacción.
Flujo másico.
Eficiencia del compresor.
Eficiencia mecánica.
Eficiencia de combustión.
Eficiencia del eje.
Eficiencia de la turbina.
Revoluciones por minuto.
Fuerza tangencial del material.
Velocidad de corte de la herramienta.
Factor de remoción del material.
Potencia de la máquina.
Factor de material a cortar.
Diámetro del cortador.
Número de filos (gavilanes) que posee la herramienta de corte.
Rugosidad media.
Profundidad de rugosidad media.
MODELADO PARAMÉTRICO Y MECANIZADO
DE UN COMPRESOR, EJE
Y TURBINA
X
RESUMEN
En esta tesina se realiza el diseño de un compresor centrífugo, un eje y
una turbina de un motor turboeje. Para lograr los objetivos propuestos dentro de
ésta se realizan, el cálculo, modelado geométrico y paramétrico de los elementos
mencionados.
Con el diseño y ensamble paramétricos se pueden presentar varias
propuestas de diseño, una vez elegido el modelo adecuado y apegado a las
necesidades y características específicas de un cliente, se realiza la simulación
del mecanizado de cada uno de los elementos.
Dentro del séptimo capítulo nombrado “mecanizado”, se pueden consultar
los cálculos correspondientes a la simulación mecanizado de los tres elementos
de este trabajo; los cálculos realizados dentro de este apartado, consideran una
súper aleación de base Níquel Nimonic 90, que gracias a su alta tenacidad y
estabilidad a elevadas temperaturas, es empleada en motores a reacción para
aviación.
De igual manera se presentan las conclusiones finales a las cuales se
llegaron durante la realización de este proyecto.
XI
INTRODUCCIÓN
El desarrollo de los motores, ya desde sus inicios, tuvo una importancia
mayúscula, el proceso de modelado que permitiese predecir las actuaciones del
motor sin tener que construir y ensayar el motor completo en cada ocasión
En el pasado, cuando se intuía una posible mejora en el motor, ésta se
probaba directamente en el mismo, mediante un prototipo, obteniéndose
determinados resultados que eran comparados con los originales para ver si era
rentable o no dicha mejora, resultando así un proceso lento y costoso. Por este
motivo se investigó en modelos matemáticos que simularan el funcionamiento del
motor, para obtener resultados estimados del nuevo motor a ensayar de forma
rápida y económica.
En la actualidad existen diversos paquetes de cómputo para realizar
modelados geométricos, los cuales son herramientas útiles para realizar diversas
mejoras mecánicas en los modelos trabajados dentro de estos paquetes de
programas en un mínimo de tiempo.
Para alcanzar los objetivos propuestos en la tesina, ésta se ha dividido en
distintos capítulos.
En el primer capítulo se realiza una investigación bibliográfica, buscado
recoger información general del modelado paramétrico, a fin de establecer el
estado del arte.
El capítulo 2 titulado motor turbo eje, se resume en información básica
sobre las turbinas de gas, su aplicación en diversas industrias, en especial en el
XII
sector aeronáutico; con los tipos de motores que utilizan turbinas de gas para su
funcionamiento.
Los tres capítulos siguientes contienen los cálculos, una breve explicación
sobre el funcionamiento y los elementos que definen a cada uno de los
componentes mecánicos de este trabajo; compresor centrífugo, eje y turbina.
El capítulo 6 está orientado al modelado de los elementos, en el cual se
mostrarán imágenes con descripciones del proceso con el cual se realizaron los
dibujos y el modelado paramétrico.
Dentro del séptimo capítulo se podrán observar los cálculos y las
consideraciones pertinentes para llevar a cabo la simulación del mecanizado de
los elementos, así como imágenes de los procesos para cada uno de los
elementos.
Finalmente, se observan las conclusiones a las que se han llegado después
del desarrollo de este trabajo.
XIII
OBJETIVO GENERAL
Diseñar paramétricamente y simular el mecanizado de un compresor
centrífugo, un eje y una turbina basándose en un motor turbo eje.
OBJETIVOS PARTICULARES
Realizar los cálculos necesarios para determinar cada una las
características de los elementos compresor, eje y turbina.
Llevar a cabo la parametrización y modelado de los elementos compresor,
eje y turbina mediante el software de modelado CATIA.
Simular el mecanizado de los elementos del sistema.
Obtener los códigos del post proceso de cada elemento.
XIV
JUSTIFICACIÓN
La industria aeronáutica es una de las más dinámicas, modernas y
competitivas, la cual cumple un papel central en el proceso de cambio industrial de
las últimas décadas.
Las exigencias de ésta industria aumentan de manera impresionante, la necesidad
de ser más competitivos en un ambiente en constante cambio, ha llevado a las
empresas a implementar un enfoque diferente; basado en aplicar ingeniería
simultánea en el diseño mecánico.
El diseño está presente en todos los esfuerzos que el hombre lleva a cabo con el
objeto de satisfacer demandas específicas a través de la creación de medios
físicos, el diseño trasciende del ámbito de las profesiones como la arquitectura, la
ingeniería y el diseño industrial, extendiéndose a otras.
A pesar de las diferencias que se evidencian entre los distintos productos del
diseño mecánico, se encuentran en todos ellos características comunes como:
La concepción del producto mecánico está en función de requerimientos
específicos, mismos que influyen sobre la cadena de decisiones que conforma el
proceso de diseño a través de la subjetividad del diseñador.
Las leyes naturales rigen el funcionamiento de los productos mecánicos y el grado
de simplificación aceptable está determinado fundamentalmente por el destino del
producto.
XV
La ingeniería simultánea permite a todos los integrantes del equipo estar
involucrados, de esta manera se podrán tomar decisiones y fijar las características
del proyecto.
ALCANCE
Se realizará el diseño de un compresor centrífugo, un eje y una turbina de
un motor turboeje.
Realizar el modelo geométrico y paramétrico en el software CATIA V5 R21.
Realizar una simulación del proceso de mecanizado en el software
MASTERCAM X5 y CATIA V5 R21.
Los elementos serán prototipados mediante la máquina de manufactura
aditiva STRATASYS FDM 400 MC.
CAPÍTULO 1
ESTADO DEL ARTE
2
1.1 Modelado paramétrico en CAD.
Los primeros diseños de CAD utilizaban una geometría explícita, basada en
coordenadas, para crear entidades gráficas. La edición de estos "gráficos tontos"
era engorrosa y la probabilidad de cometer errores muy elevada. La
documentación se creaba mediante la extracción de coordenadas del modelo y la
generación de dibujos 2D independientes. A medida que los gráficos
evolucionaron, las entidades gráficas se combinaron para representar elementos
de diseño.
Gracias a los diversos paquetes de cómputo para el diseño mecánico, los modelos
diseñados se volvieron "más inteligentes" y más fáciles de editar. Los
modeladores de sólidos y superficies aportaron más inteligencia a los elementos e
hicieron posible la creación de formas complejas.
La idea detrás del modelado paramétrico es que los usuarios de CAD pueden
ajustar las dimensiones de un modelo, para explorar los efectos de los diferentes
tamaños de una característica, sin necesidad de recrear la geometría del modelo.
De hecho, el modelado paramétrico permite a un nuevo modelo CAD la
metodología de construcción.
1.1.1 Enfoques del modelado paramétrico.
Existen dos enfoques del modelado paramétrico. El primero de ellos, la
geometría paramétrica, que se refiere a la evaluación de la forma respecto a sus
relaciones paramétricas, al igual que una hoja de cálculo.
El segundo enfoque, es el geométrico variacional, que es resuelto mediante
ecuaciones simultáneas, arrojando soluciones variacionales no lineales. Las
matemáticas subyacentes sugieren que la geometría variacional es la más
3
general; aunque en la práctica, el conjunto de comandos en los sistemas CAD son
los que controlan la generalidad de modelado.
1.1.2 Elementos usados por el modelado paramétrico.
El modelado paramétrico utiliza tres tipos de elementos, que son:
Las dimensiones de un diseño, que pueden ser lineales y/o
angulares.
Los datums, son sistemas de referencia, o partes de sistemas de
coordenadas, que se utilizan para controlar otros sistemas de
coordenadas o entidades geométricas.
Las restricciones que pueden ser las relaciones geométricas o
algebraicas que el diseñador quiere imponer a la geometría de los
modelos CAD. Estas restricciones se pueden aplicar a muchos tipos
de entidades geométricas, como líneas, planos y superficies. Las
restricciones son ecuaciones algebraicas que el diseñador añade
para asegurar que los tamaños de las características cumplen con
los requisitos de diseño.
Mediante la variación de los valores de la dimensión, el diseñador puede explorar
el espacio de diseño, la identificación de regiones o la selección de puntos
específicos. Esta actividad está generalmente considerada como el diseño
paramétrico. El modelado paramétrico de sistemas CAD es una herramienta que
ayuda a el diseño paramétrico. Los modelos CAD se pueden vincular a los códigos
de optimización para apoyar la solución de problemas de optimización. Las
variables en un modelo paramétrico deben estar vinculadas a las variables de
diseño en el problema de optimización. De esta manera, cada vez que el código
de optimización cambia un valor variable de diseño, el modelo CAD puede ser
actualizado.
CAPÍTULO 2
MOTOR TURBOEJE
5
2.1 Turbinas de gas.
Entre los distintos medios que existen para producir potencia mecánica, la
turbina de gas es en muchos aspectos el más satisfactorio, una turbina de gas es
una planta de potencia que produce una gran cantidad de energía.
Fig. 2.1 Instalación de un ciclo simple de una turbina de gas.
El ciclo termodinámico teórico por el cual funcionan todas las turbinas de gas es
el denominado ciclo Brayton.
Presión vs Volumen. Temperatura vs Entropía.
Fig. 2.2 Ciclo termodinámico Brayton.
6
2.2 Aplicaciones.
Las turbinas de gas tienen diversas aplicaciones, algunas de ellas son las
siguientes:
Sistemas de propulsión para barcos y trenes.
Generación de electricidad en centrales nucleares.
Generación de electricidad en centrales termoeléctricas.
El campo donde sin duda alguna la turbina de gas ha tenido un impacto mayor es
el de la propulsión aérea. El hito más importante en este desarrollo lo marcó el
primer motor experimental Whittle en 1937. A partir de entonces la turbina de gas
desplazó por completo al motor alternativo, con la única excepción de la aviación
ligera, gracias a su relación potencia/peso mucho mayor.
2.3 Motores con turbinas de gas.
Como se menciona en el subtema 2.2 dentro de la industria aeronáutica existe
la mayor aplicación de las turbinas de gas. Los motores aeronáuticos que trabajan
con turbinas de gas, son los siguientes:
Turborreactor.
Turbohélice.
Turbofan.
Turboeje.
2.4 Antecedentes del motor turboeje.
El primer motor turboeje lo construyó la empresa fabricante de motores
francesa Turbomeca, fundada por Joseph Szydlowski. En 1948 se construyó
primer motor de turbina de diseño francés, el modelo 782 de 100 CV. En1950 su
trabajo se utilizó para desarrollar un motor mayor, el Artouste de 280 CV, que en
seguida fue instalado en el Aérospatiale Alouette II y otros helicópteros.
7
2.5 Características del motor turboeje.
Un motor turboeje es similar a un motor turbohélice pero, a diferencia de
éste, no mueve directamente una hélice, sino un eje motor independiente,
entregando su potencia a través del mismo.
La toma de aire puede dirigirse a la entrada de la turbina del motor, o el eje puede
estar arrastrado por su propia turbina (turbina libre) localizada en la corriente de
gases de escape. La turbina libre gira de manera independientemente.
Las ruedas de turbina en un motor turboeje proporcionan potencia para el
compresor del motor y para el sistema de rotor principal a través de un eje de
extracción de potencia.
Fig. 2.3 Esquema de la constitución de un Motor Arriel 2B.
8
El turboeje cuenta con una primera etapa, a la que normalmente se le conoce
como generador de gas o N1, puede consistir en una o más ruedas de turbina.
Esta etapa arrastra a los componentes necesarios para completar el ciclo del
motor haciendo que éste se auto mantenga. Los componentes arrastrados
normalmente por la etapa de N1 son el compresor, la bomba de aceite, y la bomba
de combustible. La segunda etapa, que también puede consistir en una o más
ruedas, se dedica a arrastrar al sistema de rotor principal y a los accesorios de la
caja de engranajes del motor. A ésta se le conoce como turbina de potencia (N2 o
Nr).
Si la primera y segunda etapas de turbina están acopladas mecánicamente una a
otra, se dice que el sistema es un motor de arrastre directo o de turbina fija. Estos
motores comparten un eje común, lo que significa que la primera y segunda
etapas de turbina, así como el compresor y el eje de potencia, están conectados
entre sí.
En la mayoría de los conjuntos de turbinas usados en los helicópteros, la primera
y la segunda etapa de turbina no están mecánicamente conectadas entre sí. Más
bien, están montadas en ejes independientes y pueden girar libremente una con
respecto a la otra. A esto se le conoce como “turbina libre”. Cuando el motor está
funcionando, los gases de la combustión pasan a través de la primera etapa de
turbina para arrastrar al rotor del compresor, y luego pasan a través de la segunda
etapa de turbina independiente, la cual gira a la caja de engranajes para arrastrar
al eje de potencia.
9
2.6 Cálculo del ciclo termodinámico de un motor turboeje.
Dentro de este capítulo se realizó el cálculo termodinámico del motor, el
cual se describe a continuación.
De la tabla A.1 ISA se determinan la presión y temperatura de entrada para nivel
medio del mar (NMM), mostrada en el apéndice A.
Algunas constantes y valores que servirán para el seguimiento del cálculo se
encuentran en la tabla A.2 del apéndice A.
El rendimiento isoentrópico del compresor se obtiene a partir de la gráfica A.1 del
apéndice A, con un valor de para el motor calculado en este trabajo.
En el ducto de admisión la temperatura se calcula mediante la siguiente ecuación:
(2.1)
La presión se calculará usando la ecuación:
(2.2)
Para la salida del compresor se usará las siguientes expresiones:
(2.3)
(2.4)
10
En la cámara de combustión se experimenta la temperatura máxima, que en este
caso es de , la presión a la salida de la camara de combustión se obtiene
del cálculo siguiente :
(2.5)
(2.6)
La siguiente etapa a calcular es la turbina gasógena. Para el caso del turboeje se
debe hacer notar que es necesario el uso de dos turbinas; una turbina gasógena y
una turbina libre. Para este trabajo se calculará la turbina gasogena, quedando los
cálculos de la siguiente manera:
(2.7)
(2.8)
(2.9)
Para la turbina libre los valores son los siguientes:
(2.10)
(2.11)
11
(2.12)
Considerando que la relación de presiones en la tobera es mayor a la relación de
presión critíca en la misma, se tiene una tobera obturada.
La relación de presiones en la tobera es:
(2.13)
La relación de presión critíca es:
(2.14)
(2.15)
La valores a la salida de la turbina libre se obtienen de las ecuaciones 2.16 a la
2.19.
(2.16)
(2.17)
(2.18)
(2.19)
(2.20)
12
Se continúa con la determinación del empuje requerido para este motor.
(2.21)
Con un empuje específico de:
(2.22)
De la gráfica A.3 del apéndice A, se encuentra la relación combustible/aire teórica
con un valor de , valor adquirido en función de la temperatura alcanzada en
la cámara de combustión y la temperatura del aire a la salida del compresor
Obteniendo una relación combustible/aire real de:
(2.23)
Con un consumo específico de combustible de: .
Para terminar con el análisis del ciclo termodinámico se calcula el rendimiento
propulsivo, rendimiento de conversión de energía y el rendimiento total.
(2.24)
(2.25)
(2.26)
Con estos últimos cálculos se concluye el análisis del ciclo termodinámico del
motor turboeje.
CAPÍTULO 3
COMPRESOR CENTRÍFUGO
14
3. Compresor centrifugo.
Existen dos grandes conjuntos entre los compresores rotativos. Este tipo de
compresores son clasificados en axiales y centrífugos, dos conjuntos
perfectamente definidos por sus características geométricas. Dentro de éstos dos
grandes conjuntos se puede encontrar gran diversidad de tamaños y formas para
ser implementados en diferentes tareas o ramas de la industria en general.
3.1 Características del compresor centrífugo.
El segundo conjunto de compresores rotativos, lo componen, como se ha
dicho en un principio, los compresores centrífugos o radiales. Este tipo de
compresores son más antiguos que el axial. La primera industria en aplicarlos de
forma continua fue la aviación, aunque paulatinamente fueron remplazados por los
axiales debido a diversos factores, en especial, por la evolución en el diseño de
las aeronaves, la búsqueda de simplificar los problemas de diseño en los motores
de turbinas de gas y porque los compresores centrífugos limitan el área
transversal de paso de flujo; además de variar la dirección del fluido desde el
sentido axial al sentido radial para luego redirigirlo nuevamente en sentido axial,
contrario, a la forma simple de trabajo de los compresores axiales que mantienen
el mismo sentido. Por lo tanto se necesitaba de un componente más en la turbo
máquina que pudiera redirigir el flujo con el sentido de vuelo de la aeronave.
En el conjunto de los compresores centrífugos, así como en los axiales, se
encuentran gran variedad de diseños, creados con el fin de adaptar su función a
muchas tareas. La ventaja que poseen los compresores centrífugos es que
pueden variar el tamaño del rotor desde escasos centímetros hasta alcanzar un
valor de diámetro contabilizado en metros y conseguir una relación de compresión
significativa.
15
Hoy en día los compresores centrífugos se encuentran en pequeños aeroreactores
de aviación, helicópteros, tanques o bien en centrales energéticas, sin embargo,
en la actualidad, el compresor centrífugo ha encontrado gran utilidad en la
industria automotriz.
3.2 Componentes.
Las partes que componen un compresor centrífugo se explican a
continuación, así mismo se encuentran ilustrados en la fig. 3.1.
Fig. 3.1 Componentes de un compresor centrífugo.
3.2.1 Rotor.
El rotor está formado por una serie de álabes dispuestos en forma radial y
asentados sobre la base de un disco que gira alrededor de un eje. Los álabes por
su diseño, tienen dos zonas perfectamente definidas denominadas inductor e
impulsor.
En la zona del inductor el álabe se comporta en forma similar a un álabe de
compresor axial. El borde de ataque está dispuesto axialmente a las líneas de
16
corriente, y su función es introducir con la mayor eficiencia posible el fluido dentro
de la zona del impulsor.
Los álabes de un compresor centrífugo están diseñados de tal forma que el
inductor tenga un borde de ataque que sea capaz de repartir uniformemente el
fluido en las dos caras del álabe, cada una de ellas denominadas superficies de
presión y superficie de succión. El fluido entra en la zona de succión y es
conducido por el movimiento del rotor hasta la superficie de presión.
3.2.2 Difusor.
El difusor del compresor recibe el fluido con una componente radial muy
acentuada. Con la cantidad de movimiento otorgada por el rotor al fluido se
alcanza el aumento de presión final tomado de la energía cinética del caudal que
se suma al aumento de presión aportado por el rotor según sea el grado de
reacción, el cual se define como la energía empleada por el rotor en variar la
presión estática y dividida por la energía total empleada a lo largo de toda la etapa
del compresor centrífugo.
3.2.3 Voluta.
Por su forma geométrica la voluta actúa como un segundo difusor. El fluido
que se reparte a lo largo de los 360º del desarrollo de la voluta desciende su
velocidad y hace aumentar la presión. La voluta es un canal de sección transversal
de área variable que aumenta con el ángulo girado, cuyo centro de giro coincide
con el eje del compresor. El fluido al entrar a la voluta lo debe hacer de forma
ordenada y con una componente de velocidad óptima con la idea de mejorar las
pérdidas por fricción y mejorar el trabajo de todo el conjunto compresor. La
geometría que posee la voluta es muy sencilla, ya que consiste en un canal de
convergencia que recibe el gasto másico que viene del difusor.
17
El canal de evacuación del gasto másico posee un área transversal que aumenta
conforme la voluta se desenrolla alrededor del difusor. A/E es la relación entre la
aérea y el diámetro medido desde el centro del compresor hasta la línea media del
canal en forma de caracol.
3.3 Cálculo del compresor centrífugo.
Los datos que se usarán para este cálculo se pueden leer en la tabla A.3
del apéndice A.
Con un factor de carga propuesto de un rango de a , para
calcular la velocidad periférica.
(3.1)
Recordando un (3.2)
El cálculo del número de álabes se realiza considerando un coeficiente de
desplazamiento de
:
(3.3)
Con estos datos se calculará el diámetro total del impulsor, cabe mencionar que
el diámetro de raíz de la sección inductora fue propuesto.
(3.4)
18
En el plano 1 se calcularán los valores de temperatura y presión; para comenzar
con el orden de cálculo final.
(3.4)
(3.6)
(3.8)
Con la relación de los diámetros internos y externos y conociendo el área se
calcula el diámetro externo de la sección de entrada.
(3.9)
Una vez conocidos los diámetros internos y externos se pueden calcular las
velocidades periféricas en los bordes externos e internos respectivamente:
(3.10)
3.11)
3.3.1 Ángulos de ataque.
Se calculan los ángulos con las siguientes fórmulas.
19
(3.12)
(3.13)
3.3.2 Altura de los álabes a la salida del impulsor.
Con una componente:
(3.14)
Se determina la velocidad tangencial con la ecuación 3.15, recordando:
(3.15)
Cabe mencionar que
(3.16)
(3.17)
3.3.3 Pérdidas efectivas.
Para el rendimiento efectivo se considera un porcentaje de pérdida total de
(3.18)
20
Al calcular las relaciones de presiones, se obtendrá la del compresor.
(3.19)
(3.20)
(3.21)
(3.22)
(3.23)
(3.24)
(3.25)
(3.26)
3.3.4 Difusor con álabes.
Los diámetros al borde de ataque del compresor y en la garganta se
encuentran dados por los siguientes intervalos.
21
Al sustituir el diámetro del compresor, se tienen el dato de cada uno.
(3.27)
(3.28)
Al borde de ataque con un número de álabes igual a 19.
Se hace una relación entre la velocidad, las temperaturas y presiones de tal
manera que tengan un intervalo máximo del .
Dejando propuesto.
(3.31)
(3.32)
(3.33)
22
(3.34)
(3.35)
(3.36)
(3.37)
(3.38)
(3.39)
Obteniendo un ángulo de salida en el borde de ataque del álabe.
(3.40)
A la garganta con un número de álabes igual a 19.
(3.41)
Se propone el
(3.42)
23
(3.43)
(3.44)
(3.45)
(3.46)
(3.47)
(3.48)
(3.49)
(3.50)
Obteniendo el ángulo a la salida de la garganta:
(3.51)
A la salida de los ductos:
(3.52)
(3.53)
24
(3.54)
(3.55)
(3.56)
(3.57)
(3.58)
(3.59)
(3.60)
(3.61)
(3.62)
Efectos de compresibilidad:
(3.63)
(3.64)
25
Con un número de y se obtiene un resultado de , mismo
que se encuentra dentro del rango.
Relación de presiones efectivas:
(3.65)
(3.66)
Con el cálculo anterior se da por concluido el cálculo del compresor centrífugo
para el motor turboeje.
.
CAPÍTULO 4
TURBINA
27
4. Turbina.
El objetivo de las turbinas es extraer energía de un flujo de fluido
convirtiéndolo en energía mecánica, misma que ha de mover al compresor y a los
accesorios. El resto de la energía cinética producirá el empuje en el motor al
expulsar los gases a alta velocidad a través de la tobera.
La forma más sencilla de las turbinas tiene una parte móvil (rotor) y una parte fija
(estator). El fluido en movimiento actúa sobre los álabes del rotor reaccionando a
la corriente, para que se muevan y difundan la energía de rotación del rotor, que a
su vez lo transmite al compresor mediante un eje.
4.1 Tipos de turbinas.
De acuerdo con la dirección de la corriente fluida, las turbinas pueden ser,
centrípetas o radiales, que trabajan a la inversa del compresor centrífugo, donde
el flujo de gas entra desde la periferia hacia el centro de la turbina.
Por la forma de trabajar de la corriente fluida y la disposición de los elementos del
rotor de reacción, las turbinas centrípetas no son adecuadas para los motores de
reacción para producir reacción en el chorro de gases, y por ello, su utilización
queda reservada a instalaciones de equipos de tierra o de abordo, ajenas a la
propulsión del avión.
4.2 Componentes de una turbina axial.
Como se mencionó en el apartado 4.1 la forma más sencilla de las turbinas
cuenta con un rotor y un estator.
Específicamente en una turbina axial, el estator está formado por una corona de
álabes fijos al cárter, mientras el rotor consiste de una o varias ruedas de álabes
28
anclados a un disco que gira a alta velocidad por la acción del fluido transmitiendo
energía al eje del compresor, del que se obtiene además la energía para el
movimiento de accesorios.
Fig. 4.1 Álabe de una turbina. Fig. 4.2 Álabe rotor de turbina.
Un escalón de turbina está formado por el estator y el rotor, situados en el motor
en el orden enunciado de la admisión al escape; es decir, en sentido inverso al
escalón del compresor.
Las turbinas en todos los motores de reacción modernos, sin tener en cuenta el
tipo de compresor utilizado, son de diseño de flujo axial. Las turbinas consisten en
una o más etapas o escalones situados inmediatamente detrás de la sección de
cámara de combustión del motor.
29
4.3 Cálculo de la turbina.
Tabla 4.1 Condiciones iniciales para el cálculo de la turbina.
Condiciones Iniciales
Con los valores iniciales establecidos, se calculará el número de etapas y el
cambio de temperatura real.
30
(4.1)
(4.2)
Con los datos anteriores se puede calcular la variación de temperatura real:
(4.3)
4.3.1 Coeficiente de caída de la temperatura.
El valor del siguiente cálculo se debe encontrar dentro de un rango de 3 a 5:
(4.4)
4.3.2 Ángulo de los gases.
(4.5)
(4.6)
(4.7)
(4.8)
Se agregó la fórmula:
(4.9)
Se realizará una tabla en la cual se mostrarán las temperaturas y presiones por
etapa.
31
Tabla 4.2 Presiones y temperaturas.
1 1370 1273.21218 470755.781 339370.818
2 1273.21218 1176.42435 339370.818 238374.049
El cálculo del motor fue seccionado en planos con la finalidad de identificar
fácilmente los cálculos de cada sección.
En el plano número dos, se encuentra la entrada de flujo al motor, del cual se
calcularán los siguientes datos, observando que la velocidad el cual es igual a
por la siguiente fórmula.
(4.10)
(4.11)
(4.12)
Tomando en cuenta que , se obtiene que :
(4.13)
En este punto se debe cuidar de no sobrepasar la siguiente relación de presiones:
(4.14)
32
(4.15)
(4.16)
-
(4.17)
Una vez comprobando que se cumple con la ecuación 4.14 como se ve en la
ecuación 4.18.
(4.18)
Se obtienen los valores de las densidades y las áreas en este plano.
(4.19)
(4.20)
(4.21)
Al conocer el valor de la velocidad se conoce también el valor de velocidad
, debido a que ambos valores son iguales. Por lo tanto se continúa con el
cálculo de velocidad, temperatura, densidad y área en el plano 1.
(4.22)
33
(4.23)
°K (4.24)
(4.25)
(4.26)
(4.27)
(4.28)
Con algunos de los valores calculados en los planos anteriores se obtendrán los
siguientes datos del plano tres:
(4.29)
(4.30)
(4.31)
(4.32)
34
(4.33)
(4.34)
Con la fórmula 4.35 se obtendrá el radio medio para el álabe de turbina.
(4.35)
Y con los valores calculados en los diferentes planos se calcularán la relación de
radios y las alturas del álabe de turbina.
(4.36)
(4.37)
(4.38)
La relación de radios de punta y raíz deben encontrarse dentro de un rango de 1.2
a 1.4.
(4.39)
(4.40)
(4.41)
35
(4.42)
La tabla 4.3 recaba los valores obtenidos de los cálculos de los tres planos.
Tabla 4.3 Áreas, alturas y relación de radios para los 3 planos.
Plano 1 2 3
El número de Mach no debe exceder de , la ecuación 4.43 lo comprueba.
(4.43)
4.3.3 Coeficiente de pérdida en los álabes del rotor.
(4.44)
(4.45)
(4.46)
36
4.3.4 Obtención de los ángulos de torbellino libre.
La variación de los ángulos de torbellino libre, se obtienen de los ángulos alfa y
beta en la punta y la raíz del álabe rotor.
Ángulos de la punta del álabe rotor:
(4.47)
(4.48)
(4.49)
(4.50)
(4.51)
(4.52)
Y ángulos de la raíz del álabe rotor.
(4.53)
(4.54)
37
(4.55)
(4.56)
(4.57)
(4.58)
Tabla 4.4 Ángulos , para los radios de raíz, medio y punta.
Raíz
Medio
Punta
Con las ecuaciones 4.59 y 4.60 se obtendrán los valores de las alturas del álabe
rotor y del álabe estator.
(4.59)
(4.60)
Partiendo de la ecuación 4.61 se obtiene la cuerda de los álabes tanto de rotor
como de estator.
38
(4.61)
(4.62)
(4.63)
Paso de los álabes.
La relación del ángulo de salida y la corriente de los álabes fue obtenida de la
gráfica A.3 del apéndice A.
(4.64)
(4.65)
(4.66)
(4.67)
4.3.5 Número de álabes.
Para la elección del número de álabes en el rotor y en el estator, se
considera; en el estator el número par inmediato superior y en el rotor el número
primo inmediato superior.
(4.68)
39
(4.69)
4.3.6 Valores reales de rotor y estator.
Finalmente, se observan los valores reales del paso y la cuerda, del estator
y del rotor, así como los valores reales de velocidades, temperatura y número de
Mach de la turbina.
(4.70)
(4.71)
(4.72)
(4.73)
(4.74)
(4.75)
(4.76)
(4.77)
(4.78)
40
(4.79)
Ok (4.80)
Concluyendo con el cálculo de la turbina.
CAPÍTULO 5
EJE
42
5. Eje.
Un eje es un elemento giratorio, por lo general de sección transversal
circular, que se utiliza para transmitir la energía o movimiento. Se proporciona el
eje de rotación u oscilación, de elementos tales como engranajes, poleas,
volantes, manivelas, ruedas dentadas, y similares; controlando la geometría de su
movimiento. Un eje es un miembro no giratorio que no lleva ningún par de torsión
y se utiliza para apoyar rotación de las ruedas, poleas y similares.
El diseño completo de un eje depende en gran medida del diseño de los
elementos de la máquina.
La disposición general para acomodar los elementos de un eje, por ejemplo,
engranajes, cojinetes y poleas, se debe especificar al principio del proceso de
diseño con el fin de realizar un diagrama de cuerpo libre, para obtener una fuerza
de análisis y diagramas cortantes. La geometría de un eje es generalmente la de
un cilindro escalonado.
Es necesario que un análisis de tensión se lleve acabo en un punto específico del
eje, que podría hacerse en las proximidades de ese punto, por lo que la geometría
de todo el eje no es necesaria. En el diseño es típicamente posible localizar las
áreas críticas, y el tamaño del eje para satisfacer los requisitos de resistencia. Los
análisis de deflexión no se pueden realizar hasta que la geometría del eje se
encuentre definida en su totalidad. Así que la deflexión está en función de la
geometría a lo largo del eje, mientras que la tensión en una sección de interés
está en función de la geometría local. Por esta razón, el diseño del eje permite en
primer lugar una consideración de esfuerzos, para después de obtener los valores
tentativos para las dimensiones del eje.
43
5.1 Teoría del cálculo del eje.
En el estudio estructural del análisis de una pieza circular para la cual
entran diversos factores, dentro de los cuales se encuentra el estudio estático y
dinámico.
En esta primera parte se realizará un estudio estático de la sección transversal de
la pieza como se muestra a continuación
Como todo cuerpo que ocupa espacio, para realizar una idealización estructural
de las cargas que actúan sobre el mismo, se idealiza utilizando su centro de
gravedad, cabe señalar que el centro de gravedad y el centro de presiones no es
el mismo, este fenómeno matemático sucede cuando el elemento no es
totalmente homogéneo a la pieza.
Fig. 5.1 Diagrama de cuerpo libre del eje.
Para el caso particular del eje mencionado en la tesina, se realiza de primer
momento el análisis de la sección transversal de la barra, utilizando como marco
de referencia el centro del radio. Las ecuaciones para el cálculo del centroide
referente al centro del radio son las 5.1 y 5.2.
44
Fig. 5.2 Sección transversal del eje.
(5.1)
(5.2)
Las cuales indican si el marco de referencia se encuentra en su centroide. Para
los primeros momentos de área se utilizan las ecuaciones 5.3 y 5.4.
(5.3)
(5.4)
Cuando el análisis de momentos de área es realizado en el centroide se sabe que
.
Para el segundo momento de área las ecuaciones a utilizar son las siguientes:
(5.5)
45
(5.6)
Para el producto de inercia es la ecuación 5.7.
(5.7)
Para el momento polar de inercia es:
(5.8)
Para el radio de giro:
(5.9)
(5.10)
(5.11)
El círculo de Mohr muestra la variación de los momentos de inercia respecto a un
ángulo de referencia. Se traza este círculo de Mohr donde P1 y P2 muestran los
esfuerzos máximos.
46
Fig. 5.3 Círculo de Mohr.
Para el análisis se obtiene que los esfuerzos máximos son:
,
,
Dentro del círculo de Mohr es importante ubicar la localización del centro cortante
bajo el concepto de momento cortante.
(5.12)
Del cual se obtiene que el centro cortante d el centro de gravedad. Es importante
la localización del eje neutro para el análisis del esfuerzo a flexión del eje, el cual
se determinó de igual manera en la que se encuentra dentro del centro de
gravedad.
El esfuerzo cortante debido a la torsión juega un papel importante en este modelo,
pues realmente el esfuerzo principal se encuentra en el eje.
47
5.2 Eje ranurado.
Las ranuras un eje deben ser consideradas como múltiples cuñas, integradas a
él, las uniones de las ranuras son superiores a las uniones con cuñas simples,
debido a que tiene una mayor fuerza de transmisión, precisión, y conveniencia
para manufacturar en grandes volúmenes. La elevada fuerza de las uniones de las
ranuras radica en:
Los elementos que transmiten el torque se integran totalmente al eje a las
ranuras de la cavidad.
El gran número de soportes de apoyo, los esfuerzos inducidos son
menores.
La concentración de esfuerzos en la raíz de la ranura son menores que en la
configuración de una simple chaveta.
5.3 Ranuras paralelas.
Las ranuras paralelas están hechas de 4, 6,10 o 16 ranuras, como se
muestra en la Figura. 1. Sus dimensiones pueden ser observadas en la tabla 1.1,
donde:
D= diámetro del eje. El diámetro interno para la ranura es d= D-2h, la altura de la
ranura “h” para cada configuración, depende en las condiciones de operación, y
“w”, el ancho de la ranura.
Son 3 tipos de ajustes los sugeridos.
Ajuste “A”, el cual es recomendado para un ajuste permanente.
Ajuste “B”, el cual es un ajuste estrecho.
Ajuste “C”, el cual es un ajuste deslizante.
48
Fig. 5.4 Configuración de las ranuras del eje.
Tabla 5.1 Datos de tipos de ajustes.
Número de
ranuras
w para todos los
ajustes
A
Ajuste
permanente
B
Ajuste
estrecho
C
Ajuste
deslizante
h h h
4
6
10
16
0.241 D
0.250 D
0.156 D
0.098 D
0.075 D
0.05 D
0.045 D
0.045 D
0.125 D
0.075 D
0.07 D
0.07 D
--
0.100 D
0.095 D
0.095 D
Los datos del proyecto son: (5.13)
Considerando una configuración de 4 ranuras y un ajuste permanente (A) entre los
componentes, tenemos que.
(5.14)
(5.15)
49
De la tabla 5.1 w para 4 ranuras:
(5.16)
5.4 Cálculo de ajustes en el eje.
Para comenzar los cálculos de ajustes es necesario mencionar el
significado de la nomenclatura que se utilizara dentro de este apartado.
Un ajuste está constituido por el ensamble de dos piezas de la misma dimensión
nominal. Se designa por esta dimensión nominal seguida de los símbolos
correspondientes a cada pieza, comenzando por el agujero. La posición relativa de
las tolerancias determina:
Un ajuste con juego.
Un ajuste indeterminado. Puede presentarse un juego o un apriete.
Un ajuste con apriete.
Con objeto de reducir al número de ajustes posibles se ajustan solamente uno de
los dos sistemas siguientes:
Sistema de eje único.
La posición de todos los ejes viene dada por la letra h (desviación superior nula).
El ajuste deseado se obtiene haciendo variar la posición de la tolerancia para el
agujero.
Sistema de agujero único.
La posición para las tolerancias de todos los agujeros viene dada por la letra H
(desviación inferior nula). El ajuste deseado se obtiene haciendo varias la posición
de la tolerancia para el eje.
50
Los procedimientos de mecanización hacen que una pieza no pueda ser obtenida
exactamente de acuerdo con las dimensiones fijadas de manera previa, por ello
que es necesario tolerar que la dimensión real obtenida se halle comprendida
entre dos medidas límites compatibles con un funcionamiento correcto de la pieza.
La diferencia entre estas dos dimensiones constituye la tolerancia.
Se parte de la tolerancia y las desviaciones inferior y superior, entre dos piezas
que se ensamblan para determinar si entre ellas hay un ajuste o un juego. Las
consideraciones para la determinación de ajustes o aprietes, se muestran en la
figura 5.5.
Fig. 5.5 Desviaciones del eje.
Y en la imagen 5.6 se ejemplifica la forma de expresar el ajuste o apriete entre dos
piezas que se ensambla.
51
Fig. 5.6 Situación esquematizada de las tolerancias.
5.4.1 Ajuste eje/compresor.
La dimensión nominal tanto del eje como del compresor es de 63.5mm. De
la tabla B.3 del apéndice B se consideró un ajuste para piezas móviles una en
relación con la otra, y piezas con guiado preciso par movimientos de poca
amplitud, quedando de la dimensión nominal de la siguiente manera.
(5.17)
De las tablas de tolerancias B.1 y B.2 del apéndice B se obtienen las tolerancias
del eje y del agujero respectivamente:
Compresor (5.18)
Eje (5.15)
Después se obtienen los aprietes máximo y mínimo.
Apriete máximo (5.19)
Apriete mínimo (5.20)
El intervalo de tolerancia queda de la siguiente manera: (5.21)
52
5.4.2 Ajuste turbina/eje.
Para el caso de la turbina y el eje, se tiene una dimensión nominal de
75mm. Nuevamente se consideran las tolerancias siguientes.
(5.22)
De las tablas de tolerancias B.1 y B.2 del apéndice B se obtienen las tolerancias
del eje y del agujero respectivamente:
Compresor (5.23)
Eje (5.24)
Se continúa a obtener los aprietes máximo y mínimo.
Apriete máximo (5.25)
Apriete mínimo (
(5.27)
El intervalo de tolerancia admite un margen de maquinado para cualquier
imperfección presentada en las piezas maquinadas.
Para los ajustes calculados, eje/compresor y turbina/eje se presenta un apriete
mediano.
CAPÍTULO 6
MODELADO DE LOS ELEMENTOS
54
6. Software del modelado.
CATIA es un software de diseño, ingeniería y desarrollo del producto
colaborativo 3D y PLM, usado por ingenieros y diseñadores. El programa está
desarrollado para proporcionar apoyo desde la concepción del diseño (modelado
avanzado en sólidos, superficies) hasta la producción (ensamble) y el análisis de
productos, originalmente creado para la industria aeroespacial
Se ha elegido este software para realizar el modelado de los elementos
mencionados en este trabajo.
6.1 Modelado del compresor.
Se iniciará con el modelado del cubo, seguido de los 19 álabes del
compresor. Dentro de los siguientes apartados se describirá brevemente el
modelado de cada uno de los elementos definidos en la tesina.
6.1.1 Modelado del cubo del rodete.
Para realizar el diseño del cubo del rodete es necesario considerar
parámetros como la altura y el espesor de los álabes; así como los diámetros
mayor y menor del rodete. Una vez dibujado el perfil del cubo, se usará la
herramienta “Shaft” para obtener el volumen revolucionado del cubo, como se
muestra en las figuras 6.1 y 6.2.
55
Fig. 6.1. Perfil del cubo del rodete.
Fig.6.2 Volumen del cubo del rodete.
56
6.1.2 Modelado de los álabes.
Los álabes del compresor se encuentran divididos en dos grupos: álabes de
potencia y álabes gasógenos.
Para el modelado de ambos grupos, se modelará un sólo álabe, para después
realizar un arreglo circular que proyecte los álabes restantes. Se dibujarán los
perfiles de raíz, medio y punta, considerando los ángulos de entrada y salida, β1,
β2 y αa.
Una vez trazados los perfiles se usará la herramienta “Multi secctions” la cual
creará extrusión del álabe.
6.1.2.1 Trazado de los álabes de potencia.
Fig. 6.3 Triángulo de velocidades del perfil de raíz para el álabe de potencia.
57
Fig. 6.4 Triángulo de velocidades del perfil medio para el álabe de potencia.
Fig. 6.5 Triángulo de velocidades del perfil de punta para el álabe de potencia.
58
Fig.6.6 Álabe.
Fig. 6.7 Arreglo circular de 7 álabes de potencia.
59
6.1.2.2 Trazado de los álabes gasógenos.
Para este arreglo, el álabe de referencia se colocó en un ángulo diferente para que
el arreglo total de 14 álabes se complementara correctamente en los 360°.
Fig. 6.8 Triángulo de velocidades del perfil de raíz para el álabe gasógeno.
Fig. 6.9 Triángulo de velocidades del perfil de punta para el álabe gasógeno.
60
Fig. 6.10 Vista frontal del álabe gasógeno.
Fig. 6.11 Vista superior del álabe gasógeno.
61
Fig. 6.12 Arreglo circular de 7 álabes gasógenos.
Mediante operaciones booleanas se construirá el producto final del compresor
agregando los volúmenes de los álabes de potencia y los álabes gasógenos al
volumen del cubo, convirtiéndose en un sólo volumen. Este procedimiento será de
mucha ayuda a la hora de realizar el modelado paramétrico, y así poder preparar
la geometría para el proceso de maquinado, ya que se necesita una geometría
consistente y libre de ángulos rectos o imposibles de maquinar.
62
Fig. 6.13 Compresor centrífugo.
Fig. 6.14 Volúmenes del compresor centrífugo.
63
En la imagen anterior se muestran los tres volúmenes que conforman al
compresor, observando de color amarillo los álabes de potencia y de verde los
álabes gasógenos.
Los álabes del compresor mostrado anteriormente, constan de la configuración de
álabes curvados hacia atrás con un ángulo (β2<900).
El compresor al ser paramétrico, cuenta con más de una configuración de álabes,
como álabes curvados hacia adelante (β2>900) y de salida radial (β2=90). Así
como un arreglo circular de 20 álabes en las tres configuraciones de álabes ya
mencionadas.
6.2 Modelado de la turbina.
6.2.1 Modelado del álabe de turbina.
Para realizar el modelado del álabe de la turbina, se comenzó dibujando el
perfil de la base que embona con la corona de la turbina, para después hacer uso
de la herramienta “pad” y obtener su extrusión.
Para el álabe como tal, se dibujaron tres perfiles aerodinámicos a diferentes
ángulos uno en la base, en medio y en la punta, finalmente se usará la
herramienta “multi secctions” la cual creará el álabe con la torsión indicada.
64
Fig. 6.15 Perfiles en raíz, medio y punta del álabe de turbina.
Se modeló un sólo álabe de turbina, para después realizar un arreglo circular en
el ensamble.
Fig. 6.16 Álabe de la turbina.
65
6.2.2 Modelado de la corona de turbina.
La corona de la turbina es simplemente una extrusión tubular, en el radio
externo de la corona se dibujó el mismo perfil de la base del álabe, después se
utilizó la herramienta “pocket” la cual ayudó a dejar la canaleta por la que el álabe
se ensamblará, nuevamente se realizó un arreglo circular para proyectar el resto
de las canaletas correspondientes al número de álabes. Para la chaveta se dibuja
el perfil y se ocupa la herramienta “pocket”. Finalmente, se realiza el ensamble de
la corona con los álabes de la turbina.
Fig. 6.17 Corona de la turbina.
Fig. 6.18 Ensamble de la turbina.
66
6.3 Modelado del eje.
El modelado del eje es una extrusión tubular, con dos diámetros diferentes
a los extremos del mismo, pegado a los extremos del eje se pueden observar el
eje ranurado que será de ayuda para el ensamble con el compresor centrífugo por
un extremo y por el otro con la turbina, éstos fueron hechos dibujando su perfil a la
distancia requerida, auxiliándose de planos para finalmente realizar la extrusión.
Fig. 6.19 Eje.
La siguiente imagen muestra el ensamble general del compresor y la turbina con
el eje.
Fig. 6.20 Ensamble del compresor, eje y turbina.
67
6.4 Modelado paramétrico.
El concepto de diseño paramétrico, desde su aparición a finales de los 80
produjo una revolución en el diseño asistido por computadora con el modelo
tridimensional basado en parámetros donde todas las características y
dimensiones son almacenadas como parámetros de diseño, permitiendo realizar
cambios rápidamente cambiando simplemente el valor del parámetro.
En términos generales el modelado paramétrico consiste en bosquejar la
geometría de una pieza, sin dimensiones ni formas exactas, para que enseguida
se vayan estableciendo las restricciones geométricas y paramétricas que permitan
conservar las relaciones entre todos los elementos constructivos.
En la actualidad los más avanzados sistemas CAD están basados en conceptos
que presentan dos características en el modelado paramétrico basado en
restricciones; por una parte la definición de parámetros clave del diseño y por otro
lado funciones geométricas inteligentes (features), las cuales facilitan la
construcción de la pieza mediante operaciones semejantes a las utilizadas en los
procesos de fabricación.
6.5 Realización del modelado paramétrico.
Para la primera etapa del modelado se determinaron los tipos de
parámetros a utilizar, por mencionar algunos: ángulos de ataque y de salida para
el álabe del compresor; alturas y diámetros como geometrías principales del
modelado.
En el software utilizado este tipo de parámetros son definidos de tipo longitud y
angular. Se usaron otros parámetros de tipo entero, boléanos y de cadena los
cuales ayudan a controlar los diferentes diseños o configuraciones del motor.
68
Fig. 6.21 Tipos de configuración de acuerdo al parámetro de tipo cadena
Fig. 6.22 Parámetros que definen la configuración del modelado.
En específico el parámetro de tipo cadena no sólo controla la configuración del
modelo, sino al tener la ayuda de la herramienta “rule” configura de manera
adecuada la combinación de este parámetro con uno de tipo booleano.
Para lograr controlar el modelado y el ensamble paramétricos es necesario
publicar los parámetros a modificar en el árbol de elementos del ensamble
completo.
69
La “rule” puede obedecer distintas configuraciones de diseño, las cuales estén
indicadas por el diseñador, en el caso más simple la rule es una condicional de
diseño.
Ejemplificando una regla de diseño, se tienen dos parámetros de tipo cadena,
nombrados como “diseño uno” y “diseño dos”, cada uno con una configuración
definida, la regla de diseño cambia de una configuración a otra siguiendo una
condicional simple if – else, de lenguaje de programación; que puede configurase
de manera avanzada en lenguaje Visual Basic con la finalidad de obtener un
diseño paramétrico complejo, la imagen 6.25 muestra una herramienta “script” de
una regla de diseño.
Fig. 6.23 Ejemplo de la herramienta rule / script.
Al trabajar con parámetros de diseño se tiene como ventaja la modificación casi
inmediata de un modelo a otro, con sólo modificar los parámetros de diseño que
definen modelado paramétrico.
En la figura 6.25 se observa un cambio de configuración en el diseño, el cual se
mantiene en rojo hasta que el software modele la nueva configuración.
70
Fig. 6.24 Cambio de configuración.
Otra de las ventajas del modelado paramétrico, es la generación de catálogos de
las configuraciones modeladas, lo cual es muy útil, ya que se pueden tomar las
piezas del catálogo y ser utilizadas en algún otro proceso.
Si en algún momento del desarrollo del producto, se necesita realizar un ensamble
para realizar alguna simulación o prueba, se manda llamar la pieza necesaria del
catálogo y se guarda el nuevo ensamble, con esto no sólo se parametriza el
modelo si no también se parametriza el ensamble.
Es preciso que los modelados paramétricos se parametricen de acuerdo a las
necesidades de diseño, así como las que surjan en las diferentes etapas del
mismo.
Para la configuración presentada en esta tesina, se tienen cuatro modelos
paramétricos, que son el compresor, el eje y las dos partes que forman la turbina
(álabe y corona). El compresor será el modelo paramétrico guía o base para los
71
modelos de la corona, álabe de turbina y eje, por ello los parámetros usados en
estos elementos serán similares a los usados en el compresor.
Al contar con relaciones a nivel ensamble, se podrá modificar la configuración del
compresor para que de la misma manera cambie la configuración de todo el
sistema.
Fig. 6.25 Ensamble paramétrico.
Fig. 6.26 Selección del tipo de configuración.
72
Fig. 6.27 Modelo modificado y en proceso de actualización de la nueva configuración.
Nuevamente en la figura 6.27 el modelo tuvo un cambio de diseño y hasta ser
actualizado permanecerá en color rojo. En la Fig. 6.28 se muestra la actualización
del ensamble paramétrico al terminar de calcular y reconfigurar se obtiene un
modelo con características totalmente nuevas como el número y posición de los
álabes del compresor y turbina, los espesores de los álabes, eje, corona y
chaveteras.
Fig. 6.28 Ensamble paramétrico modificado.
Se adjuntan archivos en un folder virtual para poder observar las diferentes
soluciones del modelado de los elementos de este trabajo.
73
Para realizar el modelado paramétrico se generó una tabla en Excel, con un
parámetro de tipo entero usado para el arreglo circular de los álabes se manipula
la cantidad de los mismos; se definieron otros parámetros como la velocidad
tangencial U, el paso de los álabes s y las rpm.
Las ecuación (6.1) es sustituida en la ecuación (6.2), de esta manera llegamos a la
ecuación (6.3)
(6.1)
(6.2)
(6.3)
Dentro de la tabla de Excel se varían las rpm y se logra observar como el número
de álabes aumenta mientras las rpm vas disminuyendo.
En el archivo de Excel el número de álabes obtenido es de punto flotante, y al
estar ligados la hoja de cálculo y el software de modelado, éste parámetro debe
cerrarse a un número entero, ya que fue declarado dentro del programa de tipo
entero.
74
Fig. 6.29 Vinculación entre catia y Excel para el modelado paramétrico
Se incluyeron hay tres configuraciones para los ángulos de ataque en los álabes,
estas configuraciones son: mayor a 90° nombrada “Curvado hacia atrás”; menor a
90° “curvado hacia adelante” e igual a 90° “salida radial”, con estas tres
configuraciones se define un parámetro de tipo cadena dentro del software de
modelado, agregando estos parámetros al software para éstas tres
configuraciones; dependiendo de la configuración seleccionada y del cálculo
obtenido del ángulo β; la relación de los β y la relación de diámetros, ya que el
número de álabes depende de la relación y el rendimiento que hay entre ambos,
para esto se calcula el ángulo medio existente entre y .
Estos parámetros se usan en la regla de diseño, los primeros tres parámetros tipo
cadena permiten elegir entre las tres configuraciones.
Es imposible obtener un vínculo entre operaciones booleanas y operaciones en
sólidos; las operaciones booleanas están incluidas en la regla de diseño, con la
cual al cambiar el número de álabes cambian también los bordes.
75
Donde se realizan operaciones como radios de fileteo o chaflanes se posicionan
es por eso que al hacer un cambio de alabes aparece una advertencia de que no
se encuentran estos bordes, específicamente lo que hace la regla es hacer
“falsas” estas operaciones booleanas y “verdaderas” las que corresponden al
número de álabes seleccionado.
CAPÍTULO 7
MECANIZADO
77
7.1 Mecanizado CNC.
El control numérico computarizado (CNC) es un sistema de automatización
de máquinas y herramientas que son operadas mediante comandos programados.
Para que éstos puedan llevar a cabo el mecanizado de alguna pieza se utiliza un
sistema de coordenadas que especificarán los movimientos de las herramientas
de corte. La programación puede realizarse de forma manual o por medio de algún
software CAM.
7.2 Materiales del mecanizado.
La turbina habitualmente es de una aleación de Titanio. Tienen suficiente
módulo, límite elástico y tenacidad a la fractura. El metal también tiene que resistir
a la fatiga, debe tener buena resistencia al desgaste superficial y ser resistente a
la corrosión. La densidad es un factor extremadamente importante por razones
evidentes: cuanto más pesado sea el motor menos carga podrá llevar el avión.
La primera fila de álabes los llamados HP1 soportan temperaturas de 950 °C, por
lo que se requiere de ellos una buena resistencia a la fluencia y a la oxidación.
Para esta exigente aplicación se utilizan súper aleaciones a base de Níquel, de
composición y estructura compleja.
El compresor centrífugo puede ser de diferentes materiales, ya que entre otras
cosas, no necesita que resista a altas temperaturas debido a que no tiene contacto
directo con los gases calientes y con el paso a altas velocidades del aire se
refrigera. Para esta aplicación se utilizan Aceros al Carbono.
El eje de turbina asegura la unión entre la corona de la turbina y el buje trasero del
compresor, suele estar hecho de Acero aleado con estructura muy dura. Para esta
aplicación se utiliza la aleación de Aceros Inoxidables Mertensíticos de la serie
410
78
7.2.1 El metal de las súper aleaciones.
Las súper aleaciones a base de Níquel se destacan por ser una
combinación de alta resistencia a altas temperaturas, a la corrosión, a las
vibraciones y a la termo fluencia (alta resistencia a temperaturas superiores a
1000 °C).
El Cromo protege el producto de la corrosión, mientras que el Titanio incrementa
la dureza. En la industria aeronáutica se utiliza para fabricar cámaras de
combustión y partes para turbinas y entre sus propiedades sobresale la buena
resistencia a la tracción, a temperaturas elevadas y la buena resistencia a la
oxidación en caliente.
Las súper aleaciones con base de Níquel más usadas se dividen en tres grupos:
Nimonic
Iconel
Hastelloy
7.2.2 Súper aleaciones de base Níquel Nimonic 90.
Las súper aleaciones base Níquel y Titanio destacándose el Nimonic 90,
está compuesta en 53% de Níquel, 20% de Cromo, 2.5% de Titanio, 18% de
Cobalto, 1.5% de Hierro, y es utilizada por su resistencia a la fluencia, su alta
tenacidad y su estabilidad a temperaturas elevadas. Esta aleación es empleada en
los motores a reacción.
7.3 Especificaciones de máquinas CNC.
En las máquinas CNC los movimientos de la mesa, el carro y el husillo se
encuentran controlados digitalmente mediante un programa generado por
sistemas CAD/CAM, una vez generado el diseño que se desea manufacturar, el
79
sistema CAM permite generar las trayectorias de corte que tiene que seguir la
herramienta y una vez concluido este proceso, se genera el código de maquinado,
mismo que se puede introducir a las máquinas CNC.
En el caso de la simulación de mecanizado para la turbina, eje y compresor se
han tomado en cuenta las siguientes consideraciones con respecto al tipo de
máquina, herramientas y cálculos previos para las mismas, utilizando los sistemas
CAD/CAM de los software MASTERCAM X5 y CATIA V5 R21, además de los
centros de maquinado CINCINNATI ARROW-500 y DOOSAN VC/5AX.
El centro de maquinado CINCINNATI ARROW-500 fue utilizado para llevar a cabo
la simulación del mecanizado de la corona y los álabes de la turbina, así como el
eje, debido a que las especificaciones técnicas de este centro de maquinado
cuentan con los requerimientos necesarios para mecanizar superficies en tres
ejes, dos horizontales y un vertical.
Debido a que las capacidades del centro de maquinado CINCINNATI ARROW-
500 no son suficientes para llevar a cabo la simulación del mecanizado del
compresor, se recurrió al centro de maquinado DOOSAN VC/5AX el cual cumple
con los requisitos necesarios para llevar a cabo el mecanizado de superficies en 5
ejes debido a que las trayectorias de corte requieren que el eje z tenga una
libertad de movimiento tanto lineal como angular.
Las fichas técnicas de ambas máquinas pueden ser encontradas dentro del
apéndice C de esta tesina.
7.4 Especificaciones de herramientas para mecanizado.
La industria del mecanizado produce una variedad extremadamente amplia
de piezas mecanizadas a partir de distintos materiales. Cada material presenta
características únicas que vienen dadas por los elementos de aleación, el
80
tratamiento térmico, la dureza, etc. Esta combinación ejerce una gran influencia
sobre la elección de geometría, calidad y datos de corte de la herramienta.
Por ello, los materiales utilizados para piezas deben ser elegidos según la norma
ISO, cada grupo tiene propiedades únicas en cuanto a maquinabilidad. En cuanto
al Nimonic 90 la norma a seguir es ISO S y para aleaciones de Acero la norma a
seguir es ISO P.
ISO S- Las súper aleaciones termo resistentes incluyen un gran número de
materiales de alta aleación con base de Hierro, Níquel, Cobalto y Titanio. Son
pastosos, crean filo de aportación, se endurecen durante el mecanizado
(endurecimiento mecánico) y generan calor. Son similares a los del área ISO M
pero mucho más difíciles de mecanizar y acortan la vida útil de la herramienta y
del filo de la plaquita.
ISO P – El acero es el grupo de materiales más grande del área de mecanizado,
abarca materiales no aleados y de alta aleación, e incluye acero fundido y aceros
inoxidables ferrítico y martensítico. La maquinabilidad suele ser buena, pero puede
ser muy distinta según la dureza, contenido de carbono, etc. del material.
7.5 Cálculos del mecanizado.
Para optimizar el proceso de mecanizado de cualquier pieza es necesario
realizar algunos cálculos, los cuales, permiten tener un proceso óptimo,
reduciendo tiempos y costos de maquinado, y a su vez, aumentando la vida útil de
las herramientas, a continuación se muestran las fórmulas utilizadas para realizar
dichos cálculos.
81
7.5.1 Fórmulas utilizadas.
El factor de remoción de material (MRR), denota la cantidad de viruta en
pulgadas cúbicas que se espera obtener durante el proceso, este debe ser
calculado tanto como para la máquina como para el proceso.
(7.1)
(7.2)
Fuerza tangencial de corte ( )
Es la fuerza que ejerce la herramienta de corte sobre el material, para que
el proceso sea óptimo se debe procurar que esta sea mínima.
(7.3)
Revoluciones por minuto de la herramienta (RPM)
Es la velocidad a la que gira la herramienta, se calcula con los rangos de
velocidades de corte que provee el fabricante de la herramienta.
(7.4)
82
Velocidad de avance
Se define como el desplazamiento de la herramienta por cada revolución o
carrera de la máquina. La velocidad de avance implica la cantidad de material
que el cortador puede remover a la vez.
(7.5)
7.6 Componentes de la turbina.
Mecanizado en centro CNC CINCINNATI ARROW-500
(7.6)
(7.7)
7.6.1Cálculos para el proceso de mecanizado de la corona.
Proceso de contour interno
Para este proceso se utilizó una herramienta ENDMILL FLAT de 2 mm de
diámetro, y los cálculos para su óptimo mecanizado son los siguientes:
(7.8)
Mín (7.9)
83
Máx (7.10)
(7.11)
Mín (7.12)
Máx. (7.13)
(7.14)
(7.15)
(7.16)
Proceso de contour externo.
Para este proceso se utilizó una herramienta ENDMILL FLAT de 2mm de
diámetro y los cálculos para su óptimo mecanizado son los siguientes:
Mín (7.17)
Máx (7.18)
Mín (7.19)
84
Máx (7.20)
(7.21)
(7.22)
Proceso de creación de filetes (fillets) mediante una superficie
Para este proceso se utilizó una herramienta ENDMILL SPHERE de 6mm
de diámetro y los cálculos para su óptimo mecanizado son los siguientes:
Mín. (7.23)
Máx. (7.24)
Mín. (7.25)
Máx. (7.26)
(7.27)
(7.28)
85
Proceso de acabado de la superficie.
Para este proceso se utilizó una herramienta ENDMILL SPHERE de 3mm
de diámetro, y los cálculos para su óptimo mecanizado son los siguientes:
Mín. (7.29)
Máx. (7.30)
Mín. (7.31)
Máx. (7.32)
(7.33)
(7.34)
7.6.2 Cálculos para el proceso de mecanizado del álabe.
Proceso Multiaxis Helix Surface.
Para este proceso se utilizó una herramienta HELIX BALL NOSE de 20mm
de diámetro, y los cálculos para su óptimo mecanizado son los siguientes:
Mín. (7.35)
Máx. (7.36)
86
Mín. (7.37)
Máx. (7.38)
(7.39)
] (7.40)
7.7 Cálculos para el mecanizado del eje.
Mecanizado en centro CNC CINCINNATI ARROW-500.
(7.41)
(7.42)
Proceso 4 axis pocketing.
Para este proceso se utilizó una herramienta ENDMILL FLAT de 5mm de
diámetro, y los cálculos para su óptimo mecanizado son los siguientes:
Mín. (7.43)
Máx. (7.44)
Mín (7.45)
87
Máx (7.46)
(7.47)
(7.48)
Proceso de desbaste.
Para este proceso se utilizó una herramienta ENDMILL FLAT de 5mm de
diámetro, y los cálculos para su óptimo mecanizado son los siguientes:
Mín. (7.49)
Máx. (7.50)
Mín. (7.51)
Máx. (7.52)
(7.53)
(7.54)
88
7.8 Cálculos para el mecanizado del compresor centrífugo.
Mecanizado en centro CNC DOOSAN VC/5AX.
(7.55)
(7.56)
Proceso curve 5ax.
Para este proceso se utilizaron tres herramientas HELLIX BALL NOSE de 4mm,
8mm, y 12mm de diámetro tanto para desbaste como para acabados, a
continuación se muestran los cálculos correspondientes a dichas herramientas
para obtener un proceso óptimo con cada una de ellas.
Herramienta 1 HELLIX BALL NOSE D=4mm.
Mín. (7.57)
Máx. (7.58)
Mín. (7.59)
Máx. (7.60)
(7.61)
(7.62)
89
Herramienta 2 HELLIX BALL NOSE D=8mm
Mín. (7.63)
Máx. (7.64)
Mín. (7.65)
Máx. (7.66)
(7.67)
(7.68)
Herramienta 3 HELIX BALL NOSE D= 12mm
Mín. (7.69)
Máx. (7.70)
Mín. (7.71)
Máx. (7.72)
(7.73)
. (7.74)
90
7.9 Simulación del mecanizado en software CAM.
Los software CAM proporcionan una simulación realista del maquinado
completo de la pieza, permitiendo detectar colisiones entre la herramienta y algún
componente de la maquina. La simulación muestra la trayectoria de la herramienta
sobre el modelo de la pieza en 3D. Se puede simular los maquinados de forma
completa incluyendo capacidades de hasta 5 ejes y los límites de la maquina. La
operación se puede manipular durante el proceso de simulado para proporcionar
una representación más cercana a la real y con vistas desde ángulos diferentes.
7.9.1 Simulación del mecanizado de la corona.
Para realizar dicha simulación se utilizó el software CATIA V5 R21, dentro
del cual se llevaron a cabo 4 procesos ya que, de esta manera, es posible
realizarlo en un tiempo mucho menor al utilizar diferentes herramientas que sean
adecuadas a cada operación.
El primer proceso es un desbaste del contorno interior de la corona. Realizado con
una herramienta ENDMILL FLAT de 2 mm de diámetro para abarcar una mayor
área de remoción de material y así disminuir el tiempo del proceso.
Posteriormente se realiza un proceso de desbaste del contorno exterior para crear
la parte exterior y también para afinar los detalles de la parte interior de la pieza,
todo esto con una herramienta ENDMILL FLAT de 2 mm de diámetro.
91
Fig. 7.1 Desbaste interior y exterior de la corona.
Para finalizar esta simulación se crean los filetes (fillets) de las esquinas
exteriores de la corona con un proceso de desbaste de superficie, y
posteriormente un acabado de la misma, utilizando herramientas ENDMILL
SPHERE de 6 y 3 mm para cada proceso respectivamente.
Fig. 7.2 Desbaste de superficie de la corona.
92
7.9.2 Simulación del mecanizado del eje.
Para esta pieza se utilizó el software CATIA V5 R21, ya que este permite
manejar herramientas vivas, por lo cual se realizó un proceso de 4 axis pocketing
con una herramienta ENDMILL FLAT de 5 mm de diámetro, mediante el cual se
crean las cavidades de la pieza.
Fig. 7.3 4 axis pocketing.
Posteriormente se realiza un proceso de desbaste en el torno, para el cual fue
utilizada una herramienta tipo ENDMILL FLAT de 5 mm de diámetro con la cual se
removió todo el material remanente, dando así origen a la geometría del eje.
Fig. 7.4 Simulación del mecanizado del eje.
93
7.9.3 Simulación del mecanizado del álabe.
Para este proceso de igual forma que en el anterior se utilizó el software de
diseño y mecanizado CATIA V5 R21, ya que contiene una herramienta especial
para la creación de este tipo de piezas, dicho proceso lleva por nombre multiaxis
helix surface y la herramienta utilizada fue una HELIX BALL NOSE con un
diámetro de 10 mm, además de un proceso de desbaste para obtener la base de
este mismo, para la cual se utilizó una herramienta ENDMILL FLAT de igual
diámetro que la anterior.
Fig. 7.5 Selección de la trayectoria de corte para el mecanizado del álabe de turbina.
Fig. 7.6 Selección del cortador para el mecanizado del álabe de turbina.
94
Fig. 7.7 Simulación del mecanizado del álabe de turbina.
7.9.4 Simulación del mecanizado del compresor centrífugo.
Para realizar este mecanizado fue utilizado el software MASTERCAM X5
debido a que hay una mayor facilidad de trabajo en cuanto a operaciones con
maquinaria de 5 ejes en éste, para crear dicho mecanizado se utilizaron 3
procesos: 2 de desbaste y uno de acabado, dichos procesos llamados curve 5ax
fueron realizados con herramientas HELIX BALL NOSE de diámetros de 12, 8 y 2
mm.
Fig. 7.8 Simulación del mecanizado del compresor centrífugo.
95
Fig. 7.9 Vista superior de la simulación del mecanizado del compresor centrífugo.
Fig. 7.10 Vista lateral de la simulación del mecanizado del compresor centrífugo.
96
CONCLUSIONES
La manufactura de alta precisión, juega un papel importante hoy en día en
la industria en general, pero, en el sector aeroespacial es fundamental, ya que los
controles de calidad y las tolerancias cerradas que se manejan dentro de esta
industria, obligan a tener un control preciso en el maquinado
Para llevar acabo este proyecto se contó con el software de ingeniería CATIA, en
el cual se realizaron los modelados geométricos y paramétricos, se utilizó también
el software MASTERCAM, para la generación de los códigos de maquinado, así
como la simulación de los procesos de maquinado del compresor centrífugo, del
eje y de la turbina.
El modelado paramétrico es una herramienta útil para el desarrollo o innovación
de cualquier producto, y dentro de este proyecto jugo un papel importante, ya que
al realizar un modelado basado en cálculos reales, se obtuvo un modelo
geométrico y paramétrico de compresor centrífugo, un eje y una turbina; una vez
obtenidos dichos modelos se pueden obtener nuevas configuraciones de los
elementos modelados.
97
REFERENCIAS
[1] Hih Saravanamutto, Gas Turbine Theory, Prentice Hal l , Sexta
Edición.
[2] A. S. Rangwala, Turbo Machinery Dynamics, Design and
Operations, McGraw-Hi l l , Estados Unidos.
[3] Budynas- Nisbelt, Shigley´s Mechanical Engineering Design,
McGraw- Hi l l , Octava Edición, Estados Unidos.
[4] Klaus Hünecke, Jet Engines, Fundamentals of the theory design
and operation, Motorbooks International, Primera edición.
[5] A. Cheval ier, Dibujo Industrial , Limusa.
[6] Jhon A. Schey, Introduction to Manufacturing Processes, McGraw-
Hi ll , Tercera edición.
http://www.kennametal.com/images/repositories/PDFs/A-11
02679_MasterCat_rotating_solid_endmills_metric.pdf
98
APÉNDICE A
TABLAS Y GRÁFICAS PARA CÁLCULOS DE LOS ELEMENTOS (COMPRESOR, EJE Y
TURBINA).
Tabla A.1 Condiciones de entrada al motor turbo eje.
Tabla A.2 Variables para el cálculo del ciclo termodinámico.
Datos Valor Unidades
0.79
99
Gráfica A.1 Lectura del rendimiento isoentrópico del compresor.
100
Gráfica A.2 Lectura de la relación teórica combustible/aire.
101
Tabla A.3 Datos para cálculo del compresor.
Datos valor unidades
4.2
8.7
116998.653
300.874133
19
0.79
1005
1148
15000
159.923445
0.11
3.5
287
3.14159265
0.45--0.55
0.5
1.15
2.2
1.2
0.66655984
0.6955407
1.27515795
0.0095
102
Gráfica A.3 Ángulo correspondiente de salida de la corriente.
103
APÉNDICE B
CÁLCULO DE RUGOSIDADES DE EJE.
Tabla B.1 Tolerancias del eje.
EJES Hasta 3
incluido
3 a 6 6 a
10
10 a
18
18 a
30
30 a
50
50 a
80
80 a
120
120 a
180
180 a
250
250 a
315
315 a
400
400 a
500
a11 -270
-330
-270
-345
-280
-370
-290
-400
-320
-470
-360
-530
-410
-600
-580
-710
-580
-710
-820
-950
-1050
-1240
-1350
-1560
-1650
-1900
c11 -60
-120
-70
-145
-80
-170
-95
-205
-110
-240
-130
-280
-150
-330
-180
-390
-230
-450
-280
-530
-330
-620
-400
-720
-480
-840
d9 -20
-45
-30
-60
-40
-75
-50
-93
-65
-117
-80
-142
-100
.174
-120
-207
-145
-245
-170
-285
-190
-320
-210
-350
-230
-385
d10 -20
-60
-30
-78
-40
-98
-50
-120
-68
-149
-80
-180
-100
-220
-120
-250
-145
-305
-170
-355
-190
-400
-210
-440
-230
-480
d11 -20
-80
-30
-105
-40
-130
-50
-160
-65
-195
-80
-240
-100
-290
-120
-340
-145
-395
-170
-460
-190
-510
-210
-570
-230
-630
e7 -14
-24
-20
-32
-25
-40
-32
-50
-40
-61
-50
-75
-60
-90
-72
-107
-85
-125
-100
-146
-110
-162
-125
-182
-135
-198
e8 -44
-28
-20
-38
-25
-47
-32
-59
-40
-73
-50
-89
-60
-106
-72
-126
-85
-148
-100
-172
-110
-191
-125
-214
-135
-232
e9 -14
-39
-20
-50
-25
-61
-32
-75
-40
-92
-50
-112
-60
-134
-72
-159
-85
-185
-100
-215
-110
-240
-125
-265
-135
-290
f6 -6
-12
-10
-18
-13
-22
-16
-27
-20
-33
-25
-41
-30
-49
-36
-58
-43
-68
-50
-79
-56
-88
-62
-98
-68
-108
f7 -6
-18
-10
-22
-13
-28
-16
-34
-20
-41
-25
-50
-30
-60
-36
-71
-43
-83
-50
-96
-56
-106
-62
-119
-68
-131
f8 -6
-20
-10
-28
-13
-35
-16
-43
-20
-53
-25
-64
-30
-76
-36
-90
-43
-106
-50
-122
-56
-137
-62
-151
-68
-165
g5 -2
-6
-4
-9
-5
-11
-6
-14
-7
-16
-9
-20
-10
-23
-12
-27
-14
-32
-15
-35
-17
-40
-18
-43
-20
-47
g6 -2
-8
-4
-12
-5
-14
-6
-17
-7
-20
-9
-25
-10
-29
-12
-34
-14
-39
-15
-44
-17
-49
-18
-43
-20
-47
h5 0
-4
0
-5
0
-6
0
-8
0
-9
0
-11
0
-13
0
-15
0
-18
0
-20
0
-23
0
-25
0
-27
h6 0
-6
0
-8
0
-9
0
-11
0
-13
0
-16
0
-19
0
-22
0
-25
0
-29
0
-32
0
-36
0
-40
h7 0
-10
0
-12
0
-15
0
-18
0
-21
0
-25
0
-30
0
-35
0
-40
0
-46
0
-52
0
-57
0
-63
h8 0
-14
0
-18
0
-22
0
-27
0
-33
0
-39
0
-46
0
-54
0
-63
0
-72
0
-81
0
-89
0
-97
h9 0
-25
0
-30
0
-36
0
-43
0
-52
0
-62
0
-74
0
-87
0
-100
0
-115
0
-130
0
-140
0
-155
h10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
104
-40 -48 -58 -70 -84 -100 -120 -140 -160 -185 -210 -230 -250
h11 0
-60
0
-75
0
-90
0
-110
0
-130
0
-160
0
-190
0
-220
0
-250
0
-290
0
-320
0
-360
0
-400
h13 0
-140
0
-180
0
-220
0
-270
0
330
0
-390
0
-460
0
-540
0
-630
0
-720
0
-810
0
-890
0
-970
i6 +4
-2
+6
-2
+7
-2
+8
-3
+9
-4
+11
-5
+12
-7
+13
-9
+14
-11
+16
-13
+16
-16
+18
-18
+20
-20
j5
2 2.3 3 4 4.5 5.5 6.5 7.5 9 10 11.5 12.5 13.5
j6
3 4 4.5 5.5 6.5 8 9.5 11 12.5 14.5 16 18 20
j9
±12 ±15 ±18 ±21 ±26 ±31 ±37 ±43 ±50 ±57 ±65 ±70 ±77
j11
±30 ±37 ±45 ±55 ±65 ±80 ±95 ±110 ±125 ±145 ±160 ±180 ±200
k5 +4
0
+6
+1
+7
+1
+9
+1
+11
+2
+13
+2
+15
+2
+18
+3
+21
+3
+24
+4
+27
+4
+29
+4
+32
+5
k6 +6
0
+9
+1
+10
+1
+12
+1
+15
+2
+18
+2
+21
+2
+25
+3
+28
+3
+33
+4
+36
+4
+40
+4
+45
+5
m5 +6
+2
+9
+4
+12
+6
+15
+7
+17
+8
+20
+9
+24
+11
+28
+13
+33
+15
+37
+17
+43
+20
+46
+21
+50
+23
m6 +8
+2
+12
+4
+15
+6
+18
+7
+21
+8
+25
+9
+30
+11
+35
+13
+40
+15
+46
+17
+52
+20
+57
+21
+63
+23
n6 +10
+4
+16
+8
+19
+10
+23
+12
+28
+15
+33
+17
+39
+20
+45
+23
+52
+27
+60
+31
+66
+34
+73
+37
+90
+40
p6 +12
+6
+20
+12
+24
+15
+29
+18
+35
+22
+42
+26
+51
+32
+59
+37
+68
+43
+79
+50
+88
+56
+98
+62
+108
+68
105
Tabla B.2 Tolerancias del agujero.
AJUJEROS Hasta
3
incluido
3 a 6 6 a
10
10 a
18
18 a
30
30 a
50
50 a
80
80 a
120
120
a
180
180
a
250
250
a
315
315
a
400
400
a
500
D10 +60
+20
+78
+30
+98
+40
+120
+50
+149
+65
+180
+80
+220
+100
+260
+120
+305
+145
+355
+170
+400
+190
+440
-190
+480
+230
F7 +16
+6
+22
+10
+28
+13
+34
+16
+41
+20
+50
+25
+29
+10
+34
+12
+39
+14
+44
+15
+49
+17
+54
+18
+60
+20
G6 +8
+2
+12
+4
+14
+5
+17
+6
+20
+7
+25
+9
+29
+10
+34
+12
+39
+14
+44
+15
+49
+17
+54
+18
+60
+20
H6 +6
0
+8
0
+9
0
+11
0
+13
0
+16
0
+19
0
+22
0
+25
0
+29
0
+32
0
+36
0
+40
0
H7 +40
0
+12
0
+15
0
+18
0
+21
0
+25
0
+30
0
+35
0
+40
0
+46
0
+52
0
+57
0
+63
0
H8 +14
0
+18
0
+22
0
+27
0
+33
0
+39
0
+46
0
+54
0
+63
0
+72
0
+81
0
+89
0
+97
0
H9 +25
0
+30
0
+36
0
+43
0
+52
0
+62
0
+74
0
+87
0
+100
0
+115
0
+130
0
+140
0
+155
0
H10 +40
0
+48
0
+58
0
+70
0
+84
0
+100
0
+120
0
+140
0
+160
0
+185
0
+210
0
+230
0
+250
0
H11 +60
0
+75
0
+90
0
+110
0
+130
0
+160
0
+190
0
+210
0
+250
0
+290
0
+320
0
+360
0
+400
0
H12 +100
0
+120
0
+150
0
+180
0
+210
0
+250
0
+300
0
+350
0
+400
0
+480
0
+520
0
+570
0
+630
0
H13 +140
0
+180
0
+220
0
+270
0
+330
0
+390
0
+460
0
+540
0
+630
0
+720
0
+810
0
+890
0
+970
0
J7 +4
-6
+6
-6
+8
-7
+10
-8
+12
-9
+14
-11
+18
-12
+22
-13
+26
-14
+30
-16
+36
-16
+39
-18
+43
-20
K6 0
-6
+2
-6
+2
-7
+2
-9
+2
-11
+3
-13
+4
-15
+4
-18
+4
-21
+5
-24
+5
-27
+7
-29
+8
-32
K7 0
-10
+3
-9
+5
-10
+66
-12
+6
-15
+7
-18
+9
-21
+10
-25
+12
-28
+13
-33
+16
-36
+17
-40
+18
-45
M7 -2
-12
0
-12
0
-15
0
-18
0
-21
0
-25
0
-30
0
-35
0
-40
0
-46
0
-52
0
-57
0
-63
N7 -4
-14
-4
-16
-4
-19
-5
-23
-7
-28
-8
-33
-9
-39
-10
-45
-12
-52
-14
-60
-14
-66
-16
-73
-17
-80
N9 -4
-29
0
-30
0
-36
0
-43
0
-52
0
-62
0
-74
0
-87
0
-100
0
-115
0
-130
0
-140
0
-155
P6 -6
-12
-9
-17
-12
-21
-15
-26
-18
-31
-21
-37
-26
-45
-30
-52
-36
-61
-41
-70
-47
-79
-51
-87
-55
-95
1P7 -6
-16
-8
-20
-9
-24
-11
-29
-14
-35
-17
-42
-21
-51
-24
-59
-28
-68
-33
-79
-36
-88
-41
-98
-45
-108
P9 -9
-31
-12
-42
-15
-51
-18
-61
-22
-74
-26
-88
-32
-106
-37
-124
-43
-143
-50
-165
-56
-186
-62
-202
-68
-223
106
Tabla. B.3 Ajustes.
14 a
26
Ajustes de uso corriente (FD R 910-11) Ejes H6 H7 H8 H9 H11
Piezas cuyo funcionamiento requiere mucho juego (dilatación, mala alineación, apoyos muy largos, etc.).
c
9
11
d
9
11
Caso corriente de piezas que giran o deslizan sobre un casquillo o
cojinete (engrase correcto asegurado).
e
7
8
9
f
6
6-7
7
Piezas con guiado preciso para movimientos de poca amplitud.
g
5
6
Posibilidad de montaje y desmontaje sin deteriorar las
piezas.
El acoplamiento no puede transmitir esfuerzos.
Es posible el montaje a
mano.
h
5
6
7
8
js
5
6
Montaje con mazo de madera.
k
5
m
6
Imposibilidad de
desmontaje sin deteriorar las piezas.
El acoplamiento
puede transmitir esfuerzos.
Montaje con prensa.
p
6
Montaje con prensa o por dilatación (comprobar que las
dilataciones a que se somete el metal no rebasen el límite
elástico).
s
7
u
7
x
7
14 a
36
Desviaciones
Temperatura de referencia: 20°C
Pieza
s
móvil
es
una
en
relaci
ón
con la
otra.
Piez
as
fijas
una
con
relaci
ón
con
la
otra.
107
APÉNDICE C
ESPECÍFICACIONES DE MÁQUINAS CNC.
CINCINNATI ARROW-500.
ejes verticales, el cuarto indexable.
Potencia en C de 5 HP.
8500 RPM en husillo.
Bancada X=500 Y=500 Z=400.
Capacidad para 10 herramientas de cambio automático.
DOOSAN VC/5AX
Bancada en X=900 Y=600 Z=400 mm
20000 RPM en husillo
Potencia en C de 15 HP
5 ejes vertical
Capacidad para 30 herramientas de cambio automático
Eje A con 150°
Eje C con 360°
108
APÉNDICE D
GENERACIÓN DE CÓDIGO DE MAQUINADO DEL EJE.
Al trabajar con máquinas CNC es necesario obtener un código de
maquinado, ya que, los movimientos de la máquina son controlados por los
códigos generados.
Para la obtención de estos códigos de maquinado es necesario conocer el post
procesador que utiliza el centro de maquinado, en el caso del centro CNC
CINCINNATI ARROW-500 se utiliza un post procesador ACRAMATIC 2100, por lo
cual debemos configurar en nuestro software CAM dicho post procesador para así
generar el código de maquinado.
Para la simulación del mecanizado del eje se utilizó un centro CNC CINCINNATI
ARROW-500 con post procesador ACRAMATIC 2100 y la generación del código
nos muestra la siguiente secuencia:
%
O0001
G21
[BILLET X40 Z-680
[TOOLDEF T01 T02
G28 G97 G90
M06 T01
M03 S2000
G00 X36 Z1
M08
G00 X31.4
G71 U1.0 R0.3
G71 P10 Q10 U0.3 W0.3 F0.1
N10 G03 X32.4 Z-1 R1 F0.1
N20 G01 Z-79.5
109
N30 G01 X33.5
N40 G03 X34.5 Z-80.5 F0.1
N50 G01 Z-650
N60 G00 X36 Z1
N70 M05
N80 G28 U0 W0
N90 M06 T02
N100 G96 S2000 M4
N110 G00 X34.5 Z-621
N120 G75 R1
N130 G75 X25.4 Z-573
N140 G00 X34.5 Z-540
N150 G75 R1
N160 G75 X25.4 Z-199
N170 G00 X34.5 Z-75
N180 G75 R1
N190 G75 X25.4 Z-35
N200 G00 X36
G28 U0 W0 M09
M30
110
APÉNDICE E
TABLAS DE ESPECIFICACIÓN DE LAS HERRAMIENTAS DE MECANIZADO.
Tabla E.1 Herramienta de desbaste.
Tabla E.2 Herramienta de desbaste para contorno.
111
Tabla E.3 Herramienta de desbaste para superficies.
112
APÉNDICE F
TABLAS Y GRÁFICAS PARA EL CÁLCULO DE MECANIZADO.
Tabla F.1 Requerimientos aproximados de la energía específica para el corte múltiple por 1.3 para
herramienta sin filo. Espesor de la viruta sin deformar: 1mm (0.040pulg).
Gráfica F.1 Comportamiento de la tensión hasta rotura de súper aleaciones a 650 y 1100°C.
113
APÉNDICE G
PLANOS
AH BG
DE CF BG AH
33
22
44
11
DiseñoMiguel Rodriguez
Fecha
9/27/2012
REVISO
Sajjad Keshtkar
Fecha
10/04/2012
DIBUJOOctavio Hernandez
Fecha
9/27/2012
Material: Acero 4340 HOJA 1/6
Tamaño
A3 EJEREV
MANUFACTURA DE ALTA PRECISION
INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
Dimensiones y Tolerancias por ASME Y14.5M-1998 Barra de Acero 4340 AMS 6415 Templado enfriado por Aceite
EjeEscala: 1:2
0.02 E
0.02 E0.02 E
F
0.025 F
125.21 32.51
38.1
3 42.29
50.8
6 50
50.8s6
+0.07
+0.05
50.8s6
+0.07
+0.05
0 .02 F
68.83f7
-0.03
-0.06
A
AB
Seccion A-AEscala: 1:1
E
0.02 E
0.015 E
16.59
58.37 f7 -0.03-0.06
68.83
90
A 1.6Ra
Detalle BEscala: 7:6
0.025 F
0.02 E
4R45 2
45°x 21.6
Ra4R
Detalle AEscala: 7:6
AP BO CN DM EL FK
HI GJ FK EL DM CN BO AP
55
44
66
33
77
22
88
11
2/6
A1 COMPRESORREV
DIBUJO
Sajjad KeshtkarREVISO
DiseñoOctavio Hernandez
Fecha9/27/2012
Fecha10/04/2012
Fecha
Tamaño
MANUFACTURA DE ALTA PRECISION
INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
Material: HOJAAluminio 7075
9/27/2012Octavio Hernandez
Dimensiones y Tolerancias por ASME Y14.5M-1998 Barra de Aluminio 7075 (Rolado en Frio) AMS QQ-A-230/13 Tratamiento térmico T6
25.444.6505.2Altura de los AlabesEscala: 1:1
35.09
51.99
52.66
50.33
50.37
51.67
48.0
6
51.43
51.43
51.43
51.43
51.43
51.43
51.43
86.11
3
Detalle Alabes 02Escala: 1:1
0.01
2.67
82.62
Detalle Alabes 01Escala: 1:1
0.01
276
75
Vista FrontalEscala: 1:1
58.37 H7 +0.03 0
E
E
H
99.8R
125.268.83H7
+0.03
0
Seccion E-EEscala: 1:1
1.6Ra
F
G
I
6.35
1.27R
23.7
Detalle FEscala 2:1
135
3.18
22.73
4 5 2
Detalle GEscala 2:1
16.59
29.19R
3R
3R
Detalle HEscala 4:1
34.42R
45 2
Detalle IEscala 4:1
Diseño
Octavio Hernandez
Fecha
9/27/2012
REVISO
Sajjad Keshtkar
Fecha
10/04/2012
DIBUJO
Tania Esquivel
Fecha
9/27/2012
Escala 1:1 HOJA 3/6
Tamaño
A2 CONJUNTO DE PARTES ROTATIVASREV
MANUFACTURA DE ALTA PRECISION
INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
Tolerancias Geometricas por ASME Y14.5M-1998 Sistema De Compresion
AH BG
DE CF BG AH
55
44
66
33
77
22
88
11
Lista de Partes: Conjunto de Partes RotativasNo Pza. Cantidad Carponente Material1 1 Compresor Aluminio 70752 1 Eje Acero 43403 1 Corona Acero 40434 1 Alabe Titanio Ti 6-45 1 CNS_8239 Acero de Alta Velocidad6 2 Anillo Seeger Acero 4340/DIN-471 Ø 527 2 Anillo Separador Acero 43408 1 CNS_6776 Acero de Alta Velocidad
204.48
6 50
276
A0.02 A
0.02 A
0.02 A 0.02 A
0.02 A
0.015 B
0.015 BB
1
3
4 58
7
6 6
7
2
Lista de Partes: TurbinaCantidad Carponente Tipo Material1 Corona Parte Acero 434021 Alabe Parte Titanio Ti 6-4
Diseño
Octavio Hernandez
Fecha
9/27/2012
REVISOSajjad Keshtkar
Fecha
10/04/2012
DIBUJO Fecha
9/27/2012
2:3 HOJA
Tamaño
A3 Sistema de CompresionREV
MANUFACTURA DE ALTA PRECISION
INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
4/6
AH BG
DE CF BG AH
33
22
44
11
Escala
Montzerrat Jara
Recapitulacion: Conjunto de PartesRotativasComponentes Distintos: 4Total de Componentes: 24Cantidad Componente1 Rodete1 Eje1 Corona21 Alabe
Lista de Partes: Sistema RotativoCantidad Carponente Tipo Material1 Eje Parte Acero 43401 Turbina Ensamble Acero/Titanio1 Compresor Parte Aluminio 7075
Isometrico
2
1
4
3
AH BG
DE CF BG AH
33
22
44
11
Diseño
Tania Esquivel
Fecha
9/27/2012
REVISO
Sajjad Keshtkar
Fecha
10/04/2012
DIBUJO
Octavio Hernandez
Fecha
9/27/2012
Material: Acero 4340 HOJA 5/6
Tamaño
A3 CORONAREV
MANUFACTURA DE ALTA PRECISION
INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
Dimensiones y Tolerancias por ASME Y14.5M-1998 Barra de Acero 4340 AMS 6359 Estampado en Caliente, Templado enfriado por aceite
58.37 H7 +0.03 0
90
Vista FrontalEscala: 1:1
L
LN
95
68.83H7
+0.03
0
32.5
Seccion L-LEscala: 1:1
1.6Ra
M
8
18.59 -15-51
1R
2R
3.89
45
Detalle NEscala: 2:1
O
IsometricoEscala: 1:1
Detalle: MEscale: 4:1
45 1
12.83 +0.01 0
6 +0.01 0
1R
5.91
+0.01
0
Detalle: OEscale: 4:1
AH BG
DE CF BG AH
33
22
44
11
Diseño
Julio Franco
Fecha
9/27/2012
REVISO
Sajjad Keshtkar
Fecha
10/04/2012
DIBUJO
Octavio Hernandez
Fecha
9/27/2012
Material:Titanio Ti 6-4 HOJA 6/6
Tamaño
A3 ALABEREV
MANUFACTURA DE ALTA PRECISION
INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
Dimensiones y Tolerancias por ASME Y14.5M-1998 Maquinar por ANSI/ASME B46.1-2009 Titanio Ti 6-4 AMS-4902 Tratamiento térmico :Recocido
8 +0.10 0
60
28.95
51.9
Vista FrontalEscala: 1:1
L
Vista SuperiorEscala: 1:1
Vista Lateral DerechaEscala: 1:1
32.5
62
Detalle LEscala: 3:1
1R
1 JS ±0.01R
45
6 JS +0.01 0
IsometricoEscala: 2:1
