* Tel/Fax: (503) 22-35-4235, E-mail: william.belloso@gmail.com CONIMEIRA XVI DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SISTEMA SEMIAUTOMÁTICO DE GRANALLADO PARA USO DIDÁCTICO William A. Belloso B.1, *, Immer A. Flamenco M.1 & Jonathan A. Berríos Ortiz1 1 Escuela de Ingeniería Mecánica, Facultad de Ingeniería y Arquitectura, Universidad de El Salvador * Tel/Fax: (503) 22-35-4235, E-mail: william.belloso@gmail.com San salvador , 18 de septiembre de 2014

CONTENIDO 1. Marco teórico 2. Diseño del sistema de granallado 3. Ensayos de caracterización del sistema de granallado 4. Costos del proyecto e indicadores económicos Conclusiones.

¿Que es el granallado(shot peening)? MARCO TEÓRICO INTRODUCCIÓN ¿Que es el granallado(shot peening)? El granallado es un método de trabajo en frío mediante el cual se inducen esfuerzos residuales de compresión en la capa superficial de los objetos metálicos. El método está fundamentado en el uso de un chorro de granallas proyectadas hacia la superficie del componente a tratar, a una alta velocidad (40 – 100 m/s) y bajo condiciones controladas.

Así, con la introducción de esfuerzos residuales en una capa superficial, se logra aumentar la resistencia a la fatiga. Cuando las partículas individuales de un chorro de granallas a gran velocidad impactan una superficie metálica, producen ligeras depresiones ovaladas que se extienden radialmente como resultado del flujo plástico del metal impactado. Por lo general, el efecto se extiende de 0.127 a 0.254 mm bajo la superficie, cuando el metal no está previamente deformado plásticamente. Deformación plástica en el punto de impacto.

Se reconoce que las grietas no se inician ni se propagan en un volumen en compresión, esto debido a que la mayor parte de las fracturas por fatiga y/o corrosión se inician en la superficie, los esfuerzos residuales de compresión que se introducen por el proceso de granallado, aumentan considerablemente la vida de las piezas metálicas. El Granallado es un tratamiento orientado a mejorar la resistencia a la fatiga de componentes mecánicos metálicos.

CONTROL DEL PROCEDIMIENTO El granallado controlado es diferente de la mayoría de los procedimientos de fabricación por el hecho de que no existe un método no destructivo para determinar que el proceso ha sido realizado cumpliendo en su totalidad con las especificaciones. Control de la granalla. Intensidad Almen Cobertura y Control de las máquinas y equipos de producción.

CONTROL DE LA GRANALLA En la figura se presentan las formas aceptables e inaceptables de las granallas que se fabrican industrialmente.

CONTROL DE LA INTENSIDAD La intensidad del granallado es la medida de la energía del flujo de granallas. Es uno de los medios esenciales para asegurar la reproductibilidad del procedimiento. La energía del flujo de granallas está en relación directa con los esfuerzos residuales de compresión en una pieza. La intensidad puede ser aumentada si se utilizan granallas de mayor tamaño y/o si se aumenta la velocidad del tiro de las granallas. Las otras variables a tener en cuenta son el ángulo de proyección y el tipo de granalla.

CONTROL DE LA INTENSIDAD Se mide la intensidad utilizando probetas Almen. La probeta es una placa de acero, la cual es granallada por un solo lado. Los esfuerzos residuales de compresión del granallado doblará la probeta Almen formando un arco convexo con respecto a la superficie granallada. La altura del arco de la probeta Almen depende de la energía del flujo de las granallas y su medida es muy fiable.

TIPOS DE PROBETAS ALMEN Existen tres tipos de probetas Almen utilizadas según la aplicación del granallado. Cuanto más intenso es el granallado, más cubrimiento de granallado poseerá la probeta, estas probetas son: Probeta “N”: espesor = 0.79 mm (0.031 pulg) Probeta “A”: espesor = 1.29 mm (0.051 pulg) Probeta “C”: espesor = 2.39 mm (0.094 pulg). La intensidad Almen es la altura del arco medido mediante un comparador Almen (comparador de caratula), seguida por el nombramiento del tipo de probeta Almen.

PROCESOS DE GRANALLADO

CONTROL DE COBERTURA La cobertura no debe nunca ser inferior a un 100% porque el material se vuelve sensible a corrosión bajo esfuerzo y las zonas pequeñas no endurecidas permiten que se desarrolle la iniciación de grietas por fatiga.

TIPOS DE MÁQUINAS PARA GRANALLADO Máquina centrifuga de granallado

TIPOS DE MÁQUINAS PARA GRANALLADO Máquinas neumáticas de granallado  Existen tres diferentes sistemas de uso de aire comprimido para fines de granallado, en los cuales la granalla es proyectada desde una boquilla. Estos son: Inducción por sifón Inducción por gravedad Presión directa.

TIPOS DE MÁQUINAS PARA GRANALLADO Unidad de granallado por presión directa Unidad de granallado por sifón

COMPONENTES DE UN EQUIPO DE GRANALLADO SEMIAUTOMÁTICO

TIPOS DE BOQUILLAS PARA GRANALLADO CON AIRE COMPRIMIDO

Aplicaciones del shot peening Aceros con altas características Aceros cementados De carburación fundiciones Aleaciones de aluminio Titanio magnesio

OBJETIVOS Diseñar y construir un sistema semiautomático de granallado para uso didáctico. Diseñar y construir una pistola para granallar, con alimentación de granallas por gravedad y la proyección de las mismas mediante aire comprimido. Diseñar un mecanismo que controle el desplazamiento de la pistola de granallado o de la mesa de trabajo. Caracterizar la pistola de granallado variando tres parámetros y cada uno de ellos a tres condiciones sobre probetas de acero dulce determinando la deflexión.

El sistema electro neumático. 2. DISEÑO DEL SISTEMA DE GRANALLADO El equipo de granallado constará de 4 partes principalmente, las cuales son: La pistola de disparo La cámara de disparo La tolva recolectora El sistema electro neumático.

DISEÑO DE LA PISTOLA Se diseñará para que la entrada de granalla sea por efecto de la gravedad y efecto Venturi. Una presión de operación de 90 psi, Constará de 3 partes: el inyector, el cuerpo y la boquilla, Se construirá para que soporte una presión de operación máxima de 175 psi, La pistola se diseñara para disparar las granallas a una velocidad mayor de 40 m/s.

PARTES DE LA PISTOLA Inyector cuerpo Boquilla

ESPECIFICACIONES DE LA PISTOLA Entrada de granalla Entrada de aire Salida de granalla

DIMENSIONES DE LA BOQUILLA

DIMENSIONES DE EL CUERPO

DIMENSIONES DEL INYECTOR

DISEÑO DE LA CÁMARA DE PROYECCIÓN Deberá ser un espacio cerrado Deberá permitir una distancia máxima de disparo de 300 mm Deberá permitir una buen visibilidad de las partes y del proceso de granallado Deberá permitir la maniobrabilidad para poder hacer el cambio de probetas de prueba La longitud máxima de la pistola será de 120 mm.

DISEÑO DE TOLVA RECOLECTORA Formará parte de cámara de disparo Tendrá forma de pirámide truncada Con un ángulo con la vertical de 30 Con un orificio de salida de 25.4 mm.

DIMENSIONES DE LA CÁMARA Y DE LA TOLVA RECOLECTORA

MECANISMO DE MOVIMIENTO DE LA PISTOLA Sera un sistema electro neumático Se desplazara en la dirección horizontal A una velocidad de 0.10 m/s. Pistola Actuador Riel Electroválvula Regulador

3. CONSTRUCCION SISTEMA DE GRANALLADO Carcasa Pistola Sistema electroneumático

Cámara de proyección y tolva recolectora 3.1 CARCASA Cámara de proyección y tolva recolectora Tolva de alimentación Estructura soporte

3.2 PISTOLA La pistola de proyección de granallas es el componente principal del sistema, por ello se debe asegurar una gran precisión en el proceso constructivo para lograr los resultados esperados. Inyector Cuerpo Boquilla Boquilla Cuerpo Inyector

3.3 SISTEMA ELECTRONEUMÁTICO El sistema electroneumático es el encargado de proporcionar el movimiento de la pistola, con esto se garantiza la cobertura total de la probeta a granallar. Transformador 110V-24V Reguladores de flujo Borneras Electroválvula Relés Unidad de mantenimiento Alimentación

SISTEMA DE GRANALLADO Tolva de alimentación Ventana visor Sistema eléctrico Sistema neumático Cámara de proyección Tolva recolectora Estructura soporte

4. PUESTA A PUNTO Y ANÁLISIS DE RESULTADOS Distancia de proyección vs deflexión Ángulo de disparo vs deflexión Presión de trabajo vs deflexión

PUESTA A PUNTO DEL SISTEMA Variación de distancia de proyección Variación de ángulo de disparo Variación de presión de trabajo Regulador de presión D1 D2 D3 Accesorio variador de ángulo de disparo

PUESTA A PUNTO DEL SISTEMA Los valores constantes en la realización del los granallados son: Velocidad de desplazamiento: 0.10 m/s y Carga de granalla: 1.24 kg. Además, los valores de las variables de el sistema son: Prueba Distancia, mm Ángulo, ° Presión, psi 1 200.0 17 80 2 161.9 20 90 3 123.8 23 100

GUÍA DE UTILIZACIÓN DEL SISTEMA Encender el compresor, Revisar que las mangueras de aire estén bien conectadas, Montar probeta a sistema de sujeción, Depositar las granallas en la tolva de alimentación, Conectar el sistema eléctrico a un tomacorriente de 110 V, Abrir la válvula de alimentación de máquina, Verificar que el eje de movimiento de la pistola este lubricado, Regular el ángulo de disparo al requerido, Posicionar la pistola a la distancia requerida h b c n g i

GUÍA DE UTILIZACIÓN DEL SISTEMA Abrir el regulador de presión y controlar la presión de trabajo utilizando el manómetro, Energizar el sistema eléctrico haciendo girar la maneta que se ubica en el gabinete de control. Abrir la válvula de salida de la tolva de alimentación. Desenergizar el sistema moviendo la maneta ubicada en el panel de control (hacerlo cuando la carga de granalla se haya terminado), Retirar la probeta granallada del sistema de sujeción. Efectuar el procedimiento de medición para determinar deflexión ocasionada. l j

PROCEDIMIENTO DE MEDICIÓN Para realizar las mediciones se utilizan los instrumentos siguientes: Micrómetro, Lámina auxiliar y Lámina a granallar. El procedimiento de medición es el siguiente medir espesor del conjunto (lámina auxiliar + lámina sin granallar) medir el espesor total (lámina auxiliar + lámina granallada) hacer la diferencia (espesor total– espesor del conjunto). Procedimiento de medición

Deflexiones promedias obtenidas RESULTADOS OBTENIDOS Deflexiones promedias obtenidas Variable Distancias, mm Ángulo, ° Presión, psi D1 D2 D3 Ɵ1 Ɵ2 Ɵ3 P1 P2 P3 Deflexión, mm 0.61 0.66 0.70 0.77 0.79 0.69 0.85 Los valores en rojo (D3, Ɵ2 y P3) indican las mayores deflexiones obtenidas para cada variable estudiadas bajo ciertas condiciones constantes de operación; es decir, para las variables estudiadas estas son las recomendadas para que el sistema de granallado diseñado opere con su máxima eficiencia.

CARACTERIZACIÓN DEL SISTEMA La caracterización de este sistema semiautomático de granallado esta dado a partir de las deflexiones máximas alcanzadas para cada una de las variables para las cuales esta diseñada, la caracterización se presenta a continuación: Variable Valor Distancia de proyección 123.8 mm Ángulo de disparo 20° Presión de trabajo 100 psi

CONCLUSIONES Que se diseño, construyo y comprobó el funcionamiento de un sistema semiautomática de granallado caracterizándolo con 3 variables (distancia, ángulo y presión de trabajo), con satisfacción. Que se comprobó que las variables que causan la mayor deflexión a una lámina de hierro dulce de espesor de 1.51 mm son: 123.8 mm de distancia de disparo, 20° el ángulo de disparo y una presión de trabajo de 100 psi.

RECOMENDACIONES Se puede reemplazar el sistema de sujeción de las láminas para poder utilizar una amplia variedad de probetas, para el caso tener la dualidad de probetas cilíndricas y planas. La base de 3 distancias y la regulador de presión se puede aumentar para así tener más distancias y más presiones de trabajo para granallar y así poder obtener gráficas del comportamiento del granallado con estas variables. Para el análisis de los resultados realizar la determinación del aumento de la vida a la fatiga, utilizando para el caso el método de análisis de deflexión.

PUESTA EN MARCHA

PREGUNTAS