Diseño y construcción de un banco de ensayos por impacto para probetas de materiales plásticos
En este trabajo se diseña y construye un banco de ensayos por impacto para probetas de materias plásticos, aplicando la norma ASTM D6110-04 para la pruebas de impacto de tipo Charpy. Se presenta la información recopilada y necesaria para el desarrollo de las etapas de investigación de consideracione...
- Autores:
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Monsalve Caraballo, Jesús Ernesto
Di Marco DSilva, Raúl Roque
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2017
- Institución:
- Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
- Repositorio:
- Repositorio UNAB
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- Acceso en línea:
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- Palabra clave:
- Mechatronic Engineering
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Investigations
Analysis
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En este trabajo se diseña y construye un banco de ensayos por impacto para probetas de materias plásticos, aplicando la norma ASTM D6110-04 para la pruebas de impacto de tipo Charpy. Se presenta la información recopilada y necesaria para el desarrollo de las etapas de investigación de consideraciones iniciales, diseño preliminar, diseño definitivo de los componentes mecánicos y eléctricos, cotización de elementos, montaje, pruebas y puesta en funcionamiento de la máquina de ensayos. Se sigue y señala una metodología de diseño mecatrónico para el planteamiento de los sistemas mecánico y electrónico. La metodología se aplica al trabajo para reducir complicaciones en las etapas de montaje y posteriores. Las generalidades de la norma ASTM D6110-04 muestran los materiales requeridos para la construcción del proyecto, además de medidas tales como altura de la prueba y energía suministrada por el péndulo, también incluye restricciones de longitud, ángulo de prueba, redondeos y acabados de las piezas. A través del software Solidworks se realiza el diseño de las piezas, y cada una de las piezas se somete a una simulación, por medio del mismo programa, que simula una prueba de impacto, y que en los resultados se observan los esfuerzos que debe soportar cada parte del banco de pruebas durante un ensayo tipo Charpy. Posteriormente se inicia el proceso de fabricación de cada parte, y la adquisición de los componentes electrónicos, para finalizar con la fase de ensamblaje y pruebas del proyecto. Un manual de usuario es escrito para el correcto uso de la máquina, y esta queda para la realización de pruebas académicas y ensayos de laboratorio en la universidad. |
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Monsalve Caraballo, Jesús Ernesto, Di Marco DSilva, Raúl Roque (2017). Diseño y construcción de un banco de ensayos por impacto para probetas de materiales plásticos. Bucaramanga (Colombia) : Universidad Autónoma de Bucaramanga UNAB [1] Universidad tecnológica de Pereira (2012). Propiedades mecánicas de los materiales. Obtenido de la red el día 02 de Mayo de 2017, de la dirección URL: http://blog.utp.edu.co/metalografia/2-propiedades-mecanicas-de-los-materiales/ [2] Universidad de Oviedo (ND). Introducción a los materiales. Obtenido de la red el día 02 de Mayo de 2017, de la dirección URL: http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/Tema1.Introduccion.pdf [3] Universidad de Oviedo (ND). Resistencia de polímeros. Obtenido de la red el día 02 de Mayo de 2017, de la dirección URL: http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/Leccion14.ResistenciaPolimeros.pdf [4] Universidad de Oviedo (ND). Resistencia de polímeros. Imagen obtenida de la red el día 02 de Mayo de 2017, de la dirección URL: http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/Leccion14.ResistenciaPolimeros.pdf [5] Castillo Pérez Edgar Leonardo, Romo Uribe Ángel. (2011). Diseño y construcción de máquina para prueba de impacto en polímeros. Obtenido de la red el día 22 de Febrero de 2016, de la dirección URL: http://somim.org.mx/articulos2010/memorias/memorias2011/pdfs/A1/A1_25.pdf [6] Castillo Pérez Edgar Leonardo, Romo Uribe Ángel. (2011). Diseño y construcción de máquina para prueba de impacto en polímeros. Obtenido de la red el día 22 de Febrero de 2016, de la dirección URL: http://somim.org.mx/articulos2010/memorias/memorias2011/pdfs/A1/A1_25.pdf [7] Ortega. Y (2006). Prueba de impacto ensayo Charpy. Obtenido de la red el día 25 de Febrero de 2016, de la dirección URL: http://rmf.smf.mx/pdf/rmfe/52/1/52_1_51.pdf [8] García González, Anthony. (2013). Guía básica de Arduino. 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Obtenido de la red el día 08 de Marzo de 2016, de la dirección URL: http://www2.uca.es/grupinvest/instrument_electro/ppjjgdr/Electronics_Instrum/Electronics_Instrum_Files/te mas/T14_desang.PDF [13] Universidad nacional experimental del Táchira. (ND). Sensores. Obtenido de la red el día 08 de Marzo de 2016, de la dirección URL: http://www.unet.edu.ve/~ielectro/sensores.pdf [14] ELECTONILAB (2014). Uso del driver L298N para motores DC. Obtenido de la red el día 02 de Mayo de 2017, de la dirección URL: https://electronilab.co/tutoriales/tutorial-de-uso-driver-dual-l298n-para-motores-dcy-paso-a-paso-con-arduino/ [15] Electronica-electronics (2017). Fuentes de alimentación. Obtenido de la red el día 02 de Mayo de 2017, de la dirección URL: https://electronicaelectronics.com/fuentes/ [16] Ayala Lizcano, Miguel A. y Castro Villarreal, Oscar E. CONSTRUCCIÓN de una máquina PARA AUTOMATIZAR ENSAYOS DE FATIGA EN MATERIALES METÁLICOS POR FLEXIÓN CANTILEVER. Bucaramanga 2008, tesis de grado (Ingeniería Mecatrónica). Universidad Autónoma de Bucaramanga. Facultad de Ingeniería Mecatrónica. Disponible en CD en la biblioteca de la Universidad Autónoma de Bucaramanga. [16] Ayala Lizcano, Miguel A. y Castro Villarreal, Oscar E. CONSTRUCCIÓN de una máquina PARA AUTOMATIZAR ENSAYOS DE FATIGA EN MATERIALES METÁLICOS POR FLEXIÓN CANTILEVER. Bucaramanga 2008, tesis de grado (Ingeniería Mecatrónica). Universidad Autónoma de Bucaramanga. Facultad de Ingeniería Mecatrónica. Disponible en CD en la biblioteca de la Universidad Autónoma de Bucaramanga. [17] Castillo Pérez Edgar Leonardo, Romo Uribe Ángel. (2011). Diseño y construcción de máquina para prueba de impacto en polímeros. Obtenido de la red el día 22 de Febrero de 2016, de la dirección URL: http://somim.org.mx/articulos2010/memorias/memorias2011/pdfs/A1/A1_25.pdf [18] Max.book118. (ND). Norma ASTM 6110-04. Obtenido de la red el día 29 de Marzo de 2016, de la dirección URL: http://max.book118.com/html/2015/0513/16894258.shtm [19] Soporte de la muestra, nariz de golpe y probeta. Imagen obtenida el 29 de Marzo de 2016, de la dirección URL: http://max.book118.com/html/2015/0513/16894258.shtm [20] Probeta para prueba de impacto para polímeros, establecida por la norma ASTM D6110-04. Imagen obtenida el 29 de Marzo de 2016, de la dirección URL: http://max.book118.com/html/2015/0513/16894258.shtm [21] Aceros Otero. (ND). Planchas de acero carbono ASTM A36. Obtenido de la red el día 02 de Mayo de 2016, de la dirección URL: http://www.acerosotero.cl/planchas_acero_carbono_astm_a36.html [22] Aceros SISA. (2012). Acero SISA D2, acero para trabajo en frio. Obtenido de la red el día 02 de Mayo de 2016, de la dirección URL: http://www.sisa1.com.mx/pdf/Acero%20SISA%20D2.pdf [23] Jan Mayén Chaires, José Ángel Segura, Sergio A. Serna Barquera, Arturo Molina Ocampo, Osvaldo Flores Cedillo, Bernardo Campillo Illianes. (2010). Evaluación de propiedades mecánicas de dos aceros grado herramienta AISI-O1, AISID2 y obtención de la concentración de esfuerzos en la geometría de mordazas de sujeción de especímenes compactos de tensión. Obtenido de la red el día 02 de Mayo de 2016, de la dirección URL: http://smcsyv.fis.cinvestav.mx/supyvac/23_S/SV23S1010.pdf [24] SUMITEC SA. (ND). Acero grado máquinaria AISI 1045. Obtenido de la red el día 02 de Mayo de 2016, de la dirección URL: http://www.sumiteccr.com/Aplicaciones/Articulos/pdfs/AISI%201045.pdf [25] García González, Anthony. (2013). Arduino Mega: Características, Capacidades. Obtenido de la red el día 02 de Mayo de 2016, de la dirección URL: https://panamahitek.com/arduino-mega-caracteristicas-capacidades-y-dondeconseguirlo-en-panama/ [26] VISTRONICA. (ND). Motorreductor con Caja Reductora 4632 12V 6RPM 30Kg.cm. Imagen obtenida de la red el día 02 de Febrero de 2017, de la dirección URL: https://www.vistronica.com/robotica/motores/motorreductores/motorreductor-concaja-reductora-4632-12v-6rpm-30kgcm-detail.html |
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Se presenta la información recopilada y necesaria para el desarrollo de las etapas de investigación de consideraciones iniciales, diseño preliminar, diseño definitivo de los componentes mecánicos y eléctricos, cotización de elementos, montaje, pruebas y puesta en funcionamiento de la máquina de ensayos. Se sigue y señala una metodología de diseño mecatrónico para el planteamiento de los sistemas mecánico y electrónico. La metodología se aplica al trabajo para reducir complicaciones en las etapas de montaje y posteriores. Las generalidades de la norma ASTM D6110-04 muestran los materiales requeridos para la construcción del proyecto, además de medidas tales como altura de la prueba y energía suministrada por el péndulo, también incluye restricciones de longitud, ángulo de prueba, redondeos y acabados de las piezas. A través del software Solidworks se realiza el diseño de las piezas, y cada una de las piezas se somete a una simulación, por medio del mismo programa, que simula una prueba de impacto, y que en los resultados se observan los esfuerzos que debe soportar cada parte del banco de pruebas durante un ensayo tipo Charpy. Posteriormente se inicia el proceso de fabricación de cada parte, y la adquisición de los componentes electrónicos, para finalizar con la fase de ensamblaje y pruebas del proyecto. Un manual de usuario es escrito para el correcto uso de la máquina, y esta queda para la realización de pruebas académicas y ensayos de laboratorio en la universidad.INTRODUCCIÓN 1 1. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA 2 2. JUSTIFICACIÓN 3 3. OBJETIVOS GENERAL Y ESPECÍFICOS 4 3.1 OBJETIVO GENERAL 4 3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 4 4. MARCO REFERENCIAL 5 4.1 ESTADO DEL ARTE 5 4.1.1 Materiales. 5 4.1.2 Ensayos de materiales. 6 4.1.2.1 Ensayos de materiales plásticos. 7 4.2 MARCO TEÓRICO 9 4.2.1 Ensayos de resistencia al impacto. 9 4.2.1.1 Ensayo tipo Charpy. 11 4.2.1.2 Norma para prueba Charpy. 13 4.2.2 Hardware a usar. 14 4.2.2.1 Arduino. 15 4.2.2.2 Pantalla táctil para Arduino. 15 4.2.2.3 Sensores. 15 4.2.2.4 Motor DC. 17 4.2.2.5 Driver L298N. 17 4.2.2.6 Fuentes de voltaje DC o de tensión reguladas. 18 4.2.3 Glosario de términos. 18 5. DISEÑO METODOLÓGICO 21 6. REQUERIMIENTOS DEL DISEÑO, NORMA ASTM D6110-0 24 6.1 GENERALIDADES DE LA NORMA ASTM D6110-04 24 6.2 NORMA PARA EL PÉNDULO 25 6.3 NORMA PARA LA NARIZ DEL GOLPE 25 6.4 NORMA PARA EL SOPORTE PRINCIPAL 26 6.5 NORMA PARA el MECANISMO de ANCLAJE-LIBERACIÓN del PÉNDULO 27 6.6 NORMA PARA EL SOPORTE DE LA MUESTRA 27 6.7 NORMA PARA LA BASE DE LA MÁQUINA DE ENSAYOS 28 6.8 NORMA PARA LA PROBETA 29 6.9 ACEROS DE LA NORMA. 31 7. DISEÑO FINAL 34 7.1 DISEÑO MECÁNICO 34 7.1.1 Componentes mecánicos del banco de ensayo 36 7.1.2 Soporte principal 40 7.1.3 Soporte de la muestra 43 7.1.4 Eje del péndulo 46 7.1.5 Péndulo 48 7.1.6 Acople del péndulo 50 7.1.7 Nariz de golpe 51 7.1.8 Piezas retención 53 7.1.9 Base de la máquina 56 7.1.10 Mecanismo de levantamiento 58 7.1.11 Probeta 60 7.1.12 Rodamientos 62 7.1.13 Tornillos 64 7.2 DISEÑO ELECTRÓNICO 69 7.2.1 Selección componentes electrónicos 69 7.2.2 Tarjeta de adquisición de datos 70 7.2.3 Pantalla touch Arduino 73 7.2.4 Motor 75 7.2.5 Sensor de ángulo 79 7.2.6 Fuente de voltaje 80 7.2.7 Alimentación Arduino 82 7.2.8 L298N 83 7.2.9 Servomotor 84 7.2.10 Cableado 86 8. PRESUPUESTO 87 8.1 PARTE MECÁNICA 87 8.2 PARTE ELECTRÓNICA 88 8.3 PRESUPUESTO GENERAL 88 9. DESARROLLO DEL SOFTWARE Y CÓDIGO DE ARDUINO 89 9.1 CÓDIGO PANTALLA 94 9.2 CÓDIGO SENSOR IMU 96 9.3 CÓDIGO SERVOMOTOR 97 9.4 CÓDIGO L298N Y MOTOR 97 10. ENSAMBLAJE Y PRUEBAS 99 10.1 ENSAMBLAJE GENERAL 99 10.1.1 Ensamblaje parte central 99 10.1.2 Ensamblaje eje-péndulo 101 10.1.3 Ensamblaje de piezas de retención y levantamiento 104 10.1.4 Ubicación componentes electrónicos 107 10.2 PRUEBAS GENERALES 110 10.2.1 Pruebas sensor IMU 111 10.2.2 Prueba de movimiento del péndulo 113 10.2.3 Prueba de funcionamiento del mecanismo de retención y de levantamiento 116 10.2.4 Prueba de funcionamiento general de la máquina de ensayos 119 10.2.5 Pruebas de impacto 121 12. CONCLUSIONES 128 Anexo A 129 BIBLIOGRAFÍA 153PregradoIn this work, an impact test bench for plastic material specimens is designed and built, applying the ASTM D6110-04 standard for Charpy-type impact tests. The information collected and necessary for the development of the investigation stages of initial considerations, preliminary design, final design of the mechanical and electrical components, quotation of elements, assembly, tests and commissioning of the testing machine is presented. A mechatronic design methodology is followed and indicated for the approach to mechanical and electronic systems. The methodology is applied to work to reduce complications in the assembly and subsequent stages. The generalities of the ASTM D6110-04 standard show the materials required for the construction of the project, in addition to measurements such as test height and energy supplied by the pendulum, it also includes restrictions on length, test angle, rounds and finishes of the pieces. Through Solidworks software, the design of the pieces is carried out, and each one of the pieces is subjected to a simulation, by means of the same program, which simulates an impact test, and the stresses that it must withstand are observed in the results each part of the test bench during a Charpy type test. Subsequently, the manufacturing process of each part begins, and the acquisition of electronic components, to end the assembly and testing phase of the project. A user manual is written for the correct use of the machine, and it is left for academic tests and laboratory tests at the university.Modalidad Presencialapplication/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 ColombiaDiseño y construcción de un banco de ensayos por impacto para probetas de materiales plásticosDesign and construction of an impact test bench for specimens of plastic materialsIngeniero MecatrónicoUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABFacultad IngenieríaPregrado Ingeniería Mecatrónicainfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de Gradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fhttp://purl.org/redcol/resource_type/TPMechatronic EngineeringMachine DesignInvestigationsAnalysisSolidworks softwareASTM D6110-0 standardSimulatorPlasticsSynthetic productsIngeniería mecatrónicaDiseño de máquinasInvestigacionesAnálisisSoftware solidworksNorma ASTM D6110-0SimuladorPlásticosProductos sintéticosMonsalve Caraballo, Jesús Ernesto, Di Marco DSilva, Raúl Roque (2017). Diseño y construcción de un banco de ensayos por impacto para probetas de materiales plásticos. Bucaramanga (Colombia) : Universidad Autónoma de Bucaramanga UNAB[1] Universidad tecnológica de Pereira (2012). Propiedades mecánicas de los materiales. Obtenido de la red el día 02 de Mayo de 2017, de la dirección URL: http://blog.utp.edu.co/metalografia/2-propiedades-mecanicas-de-los-materiales/[2] Universidad de Oviedo (ND). Introducción a los materiales. Obtenido de la red el día 02 de Mayo de 2017, de la dirección URL: http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/Tema1.Introduccion.pdf[3] Universidad de Oviedo (ND). Resistencia de polímeros. Obtenido de la red el día 02 de Mayo de 2017, de la dirección URL: http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/Leccion14.ResistenciaPolimeros.pdf[4] Universidad de Oviedo (ND). Resistencia de polímeros. 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Serna Barquera, Arturo Molina Ocampo, Osvaldo Flores Cedillo, Bernardo Campillo Illianes. (2010). Evaluación de propiedades mecánicas de dos aceros grado herramienta AISI-O1, AISID2 y obtención de la concentración de esfuerzos en la geometría de mordazas de sujeción de especímenes compactos de tensión. Obtenido de la red el día 02 de Mayo de 2016, de la dirección URL: http://smcsyv.fis.cinvestav.mx/supyvac/23_S/SV23S1010.pdf[24] SUMITEC SA. (ND). Acero grado máquinaria AISI 1045. Obtenido de la red el día 02 de Mayo de 2016, de la dirección URL: http://www.sumiteccr.com/Aplicaciones/Articulos/pdfs/AISI%201045.pdf[25] García González, Anthony. (2013). Arduino Mega: Características, Capacidades. Obtenido de la red el día 02 de Mayo de 2016, de la dirección URL: https://panamahitek.com/arduino-mega-caracteristicas-capacidades-y-dondeconseguirlo-en-panama/[26] VISTRONICA. (ND). Motorreductor con Caja Reductora 4632 12V 6RPM 30Kg.cm. 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