Diseño y análisis estructural estático y de fatiga por el método de elementos finitos de una máquina CNC de dos ejes

Calvo López, Francisco Domingo, Ramos Hernández, Rodrigo, Pérez Gutiérrez, Enrique y Percino Zacarías, María Judith(2022) .Diseño y análisis estructural estático y de fatiga por el método de elementos finitos de una máquina CNC de dos ejes. XV Congreso Iberoamericano de Ingeniería Mecánica.En: Universidad Politécnica de Madrid. (2022-11-22)

Ficheros (Some files may be inaccessible until you login with your e-spacio credentials)
Nombre Descripción Tipo MIME Size
Abs_213_182702.docx Diseño y análisis estructural estático Click to show the corresponding preview/stream application/vnd.openxmlf... 1.83MB

Título de la Conferencia XV Congreso Iberoamericano de Ingeniería Mecánica
Fecha de inicio de la Conferencia 2022-11-22
Fecha fín de la Conferencia 2022-11-24
Lugar de la Conferencia Universidad Politécnica de Madrid
Fecha de presentación de la Ponencia 2022
Titulo Diseño y análisis estructural estático y de fatiga por el método de elementos finitos de una máquina CNC de dos ejes
Autor(es) Calvo López, Francisco Domingo
Ramos Hernández, Rodrigo
Pérez Gutiérrez, Enrique
Percino Zacarías, María Judith
Materia(s) Ingeniería Mecánica
Resumen En este trabajo, se reporta el diseño, análisis de elemento finito para la máquina de control numérico computarizado diseñada para el depósito de películas delgadas, utilizada para el recubrimiento de celdas solares. La estructura de la máquina de CNC se sometió al análisis de elemento finito. La validez del diseño de la estructura de la máquina de recubrimiento se ha demostrado mediante análisis estáticos y de fatiga, los resultados se verifican analíticamente utilizando un enfoque de rigidez directa. Todas las partes de la máquina se modelaron, la estructura que forma la base, la mesa, la estructura de la torreta (eje Z), considerando las cargas que generan los motores tanto el peso como momento de torsión de estos. La masa de la estructura cumple con los requisitos de diseño de una estructura de máquinas pequeñas de CNC. El prototipo se fabricó con materiales de bajo costo y comercialmente disponibles, como tableros de fibra de densidad media y motores paso a paso Nema 17. La máquina CNC se utilizó para implementar la técnica de recubrimiento con rasqueta para la deposición de películas delgadas sobre un área de 35 cm2. Por lo tanto, se prepararon películas de polímeros y compuestos de bajo peso molecular. Para la deposición, la velocidad de cobertura fue de 200, 400 y 700 mm/min; las películas poliméricas presentaron rugosidades desde 3.30 hasta 16.04 nm y espesores desde 65 hasta 308 nm. Cabe destacar el cubrimiento homogéneo de un compuesto de bajo peso molecular logrado con la técnica implementada. Los valores de tensión más altos se observaron en los soportes del motor del eje X y del eje Z y fueron 0,167200 y 0,414476 MPa, respectivamente. La tensión surge principalmente del par motor y del soporte del motor del eje Z. Los valores mínimos de tensión se observaron para los soportes verticales y el soporte del aplicador y fueron 0,006979 y 0,011277 MPa, respectivamente, estos valores son inferiores al límite elástico del material; por lo tanto, las partes analizadas están operando dentro de límites seguros. Después de realizar las diferentes pruebas al prototipo se procedió a su fabricación en aleación de aluminio 1060, para la cual también se realizaron los análisis de elemento finito (estadio y de fatiga).
Abstract In this work, the design, finite element analysis for the computerized numerical control machine designed for the deposition of thin films, used for the coating of solar cells, is reported. The structure of the CNC machine was subjected to finite element analysis. The validity of the design of the coating machine structure has been demonstrated by static and fatigue analyses, the results are verified analytically using a direct stiffness approach. All the parts of the machine were modeled, the structure that forms the base, the table, the structure of the turret (Z axis), considering the loads generated by the motors, both their weight and torque. The mass of the structure meets the design requirements of a small CNC machine structure. The prototype was made from low-cost, commercially available materials such as medium-density fiberboard and Nema 17 stepper motors. The CNC machine was used to implement the doctor blade coating technique for deposition of thin films over an area. of 35 cm2. Therefore, films of low molecular weight polymers and compounds were prepared. For deposition, the coverage speed was 200, 400 and 700 mm/min; the polymeric films presented roughness from 3.30 to 16.04 nm and thicknesses from 65 to 308 nm. It is worth highlighting the homogeneous coverage of a low molecular weight compound achieved with the implemented technique. The highest stress values were observed at the X-axis and Z-axis motor mounts and were 0.167200 and 0.414476 MPa, respectively. The stress arises primarily from the torque and the Z-axis motor mount. The minimum stress values were observed for the vertical mounts and the applicator mount and were 0.006979 and 0.011277 MPa, respectively, these values are less than elastic limit of the material; therefore, the analyzed parties are operating within safe limits. After carrying out the different tests on the prototype, it was manufactured in 1060 aluminum alloy, for which the finite element analyzes (stage and fatigue) were also carried out.
Palabra clave máquina de CNC
análisis de elemento finito
recubrimiento y polímeros
Editor(es) Universidad Nacional de Educación a Distancia (España)
Universidad Politécnica de Madrid. Departamento de Ingeniería Mecánica
Fecha 2022
Formato application/ms-word
Identificador bibliuned:congresoCIBIM-2022UPMEspana-Fdcalvo
https://doi.org/10.5944/bicim2022.151
http://e-spacio.uned.es/fez/view/bibliuned:congresoCIBIM-2022UPMEspana-Fdcalvo
Idioma spa
Versión de la publicación publishedVersion
Nivel de acceso y licencia http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0
info:eu-repo/semantics/openAccess
Tipo de recurso conferenceObject
Tipo de acceso Acceso abierto

 
Versiones
Versión Tipo de filtro
Contador de citas: Google Scholar Search Google Scholar
Estadísticas de acceso: 229 Visitas, 80 Descargas  -  Estadísticas en detalle
Creado: Wed, 11 Jan 2023, 22:48:40 CET