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ANTECEDENTES Y FUNDAMENTACIÓN III
El proyecto se planteo con un valor estimado de
$6’480.000, lo cual incluye el costo de ...
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Para poder determinar el problema, se tiene
que entrar a revisar las necesidades del
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REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE
Los requerimientos del cliente fueron
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REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE III
REQUISITOS DE FUNCIONALIDAD
• Tiempo de vida
• Tipo de Movimientos
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REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE IV
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ANÁLISIS DE LA COMPETENCIA
(BENCHMARKING)
Aunque es un bastante exagerado pretender que este
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ANÁLISIS DE LA COMPETENCIA
(BENCHMARKING) II
El resultado dándole una calificación de 1 a 5 fue:
ESPECIFICACIONES DE INGENIERÍA (QFD)
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cliente en objetivos de ingeniería
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ESPECIFICACIONES DE INGENIERÍA (QFD)
Item Objetivo
Utilización de Piezas Estandarizadas Uniones y partes funcionales
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DIAGRAMA DE DESCOMPOSICIÓN FUNCIONAL
Guiar en dirección adecuada
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GENERACIÓN DE CONCEPTOS:
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•ÁRBOL DE CLASIFICACIÓN DE CONCEPTOS
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De la Pieza
De la herramienta
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•TABLA DE COMBINACIÓN DE CONCEPTOS
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Paso
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DISEÑO DOMINANTE Y JUSTIFICACIÓN
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PRODUCTO
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SELECCIÓN DE MATERIALES
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GENERACIÓN Y EVALUACIÓN DEL
PRODUCTO
SUBSISTEMA DE MOVIMIENTO CARRO INFERIOR
•Se debe garantizar el mejor paralelismo posi...
DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA
El concepto expuesto anteriormente se optimizo en
varios aspectos hasta obtener el modelo final.
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Los tornillos sin fin se encargan de transmitir la potencia del los
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DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA
El Motortool se sujeta mediante dos placas que se ajustan en
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APORTE Y VALOR SOCIAL DEL DISEÑO
•SE LOGRA UNA MÁQUINA QUE ES
ACCESIBLE A BAJO COSTO.
•PERMITE EL ACCESO A LA
COMUNIDAD UN...
ANÁLISIS ECONÓMICO
COSTOS ASOCIADOS CON EL PROCESO DE DISEÑO
•Nuestra inversión en tiempo y esfuerzo de diseño
•Transporte...
ANÁLISIS ECONÓMICO
COSTOS DE MATERIALES
•Total: $ 250000
•Barra lisa (Ejes guía): $ 78000
•Varilla roscada: $ 25000
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ANÁLISIS ECONÓMICO
COSTOS DE FABRICACIÓN
•Externa: $ 50000
Invertimos alrededor de 50 horas/hombre de taller en 3
semanas ...
ANÁLISIS ECONÓMICO
COSTOS DE ENSAMBLE
Invertimos alrededor de 10 horas/hombre realizando el
ensamble de forma detallada, p...
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
•En el planteamiento de un proyecto de curso, se
debe acotar, de forma coherente con el tie...
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
•DISEÑO Y DESARROLLO DE PRODUCTOS, ENFOQUE
MULTIDISCIPLINARIO, Ulrich Karl, Eppinger Steven, Mc...
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Y
HERRAMIENTAS DE INGENIERÍA
EMPLEADAS
•DISEÑO Y DESARROLLO DE PRODUCTOS, ENFOQUE
MULTIDISCIPLI...
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Y
HERRAMIENTAS DE INGENIERÍA
EMPLEADAS
•SOLID EDGE, Version 20.00.00.96, UGS, 2006
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    Necesito saber si usted me pude hacer un analisis de elementos finitos a una maquina que necesito validar, es urgente, por favor escríbame a cer_chil@hotmail.com o al cel: 3005516487, o si sabe de alguien que me pueda hacer ese trabajo.
    Gracias
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  1. 1. Estudiantes: Luis Felipe Montoya Franco Camilo Andrés Martínez Sarmiento Camilo Andrés Sierra Cáceres Directores: Ing. Nelson Arzola Ing. Edwin Cárdenas Bogotá D.C., 8 de junio de 2009 Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecatrónica Línea de Investigación, Innovación y Desarrollo Tecnológico XXIV MUESTRA DE MÁQUINAS Y PROTOTIPOS MÁQUINA FRESADORA CNC
  2. 2. ANTECEDENTES Y FUNDAMENTACIÓN Como parte de la línea de estudios en control, constantemente se le plantea al estudiante de ingeniería mecatrónica que realice el control de cierto sistema, el cual nunca esta construido. Este proyecto plantea proveer el sistema, a través de la construcción de una máquina con varios grados de libertad, y sobre la cual se puedan desarrollar futuros experimentos de control.
  3. 3. ANTECEDENTES Y FUNDAMENTACIÓN II El proyecto como tal es una propuesta patrocinada por los integrantes del grupo de trabajo, puesto que la necesidad industrial de realizar procesos de fresado, se suple con máquinas profesionales para cada proceso en especial.
  4. 4. ANTECEDENTES Y FUNDAMENTACIÓN III El proyecto se planteo con un valor estimado de $6’480.000, lo cual incluye el costo de manufactura y diseño. Como ya se menciono, el proyecto es una iniciativa estudiantil, y como parte del trabajo se contemplo realizar la manufactura y el diseño totalmente dentro del grupo de trabajo y en los laboratorios de la universidad, lo cual reduce los costos al valor de los materiales estimado en $500.000. El tiempo de desarrollo para el proyecto es el que se determinó dentro de la asignatura y coincide con el periodo académico.
  5. 5. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Para poder determinar el problema, se tiene que entrar a revisar las necesidades del cliente. Igualmente se tiene que especificar como se pueden suplir estas necesidades.
  6. 6. REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE Los requerimientos del cliente fueron evaluados con ayuda de algunos enunciados de necesidades del cliente y una encuesta aplicada a los potenciales clientes y usuarios.
  7. 7. REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE II Los enunciados permitieron encontrar las siguientes necesidades del cliente sobre la Máquina Fresadora CNC: •La MFC construye modelos desde un archivo de plano de autocad permitiendo labores de prototipado rápido •La MFC puede perforar orificios en una placa con una rapidez mayor a la de un humano promedio y con un patrón repetible •La MFC tiene la capacidad de recordar la última posición en la que realizo alguna operación para permitir la ejecución de una parte adicional de código •La MFC permite al usuario ajustar una posición de arranque de forma manual •La MFC permite al usuario detener la operación actual de forma inmediata en caso de una emergencia •La MFC tendrá un precio accesible para el público universitario debido al uso de materiales que tenga una buena relación de resistencia/precio y faciliten su manufactura •La MFC puede ser alimentada con una conexión residencial estándar de 110V/AC •La MFC podrá adaptar distintas cabezas para realizar diferentes procesos. •La MFC tendrá un dispositivo que permitirá el movimiento vertical de la cabeza
  8. 8. REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE III REQUISITOS DE FUNCIONALIDAD • Tiempo de vida • Tipo de Movimientos • Precisión • Velocidad de Operación • Tamaño de la pieza a prototipar • Facilidad de Operación • Tipo de Material a prototipar • Posicionamiento Manual • Facilidad de Instalación • Facilidad de Mantenimiento • Facilidad de Limpieza • Buen acabado de la pieza mecanizada REQUISITOS DE MANUFACTURA • Facilidad de Almacenamiento • Facilidad de Reciclaje • Portabilidad REQUISITOS DE COSTOS • Bajo consumo de energía • Bajo costo • Alto valor de salvamento (Baja depreciación) REQUISITOS DE SEGURIDAD • Seguridad del Operario REQUISITOS DE APARIENCIA • Estética de la Máquina REQUISITOS DE ACTUALIZACIÓN • Capacidad de mejora de la máquina Estos requerimientos se organizaron en 6 categorías:
  9. 9. REQUERIMIENTOS DEL CLIENTE IV La encuesta permitió al grupo de trabajo ponderar la importancia de cada atributo, y compararla con la planteada por el equipo de diseño.
  10. 10. ANÁLISIS DE LA COMPETENCIA (BENCHMARKING) Aunque es un bastante exagerado pretender que este prototipo sea una competencia a las máquinas profesionales. Aún así se planteo el análisis de la competencia comparando los puntos críticos del prototipo con los equipos del laboratorio de Control numérico computarizado. Estos equipos fueron un torno Dinamyte 3000 y una fresadora CNC Enco F1.
  11. 11. ANÁLISIS DE LA COMPETENCIA (BENCHMARKING) II El resultado dándole una calificación de 1 a 5 fue:
  12. 12. ESPECIFICACIONES DE INGENIERÍA (QFD) Al convertir los requerimientos del cliente en objetivos de ingeniería se hizo más clara la meta del diseño.
  13. 13. ESPECIFICACIONES DE INGENIERÍA (QFD) Item Objetivo Utilización de Piezas Estandarizadas Uniones y partes funcionales Conectividad entre el dispositivo de control y la máquina USB 2.0 Tipo de motores 110 V Utilización de materiales de bajo costo para su construcción Aluminio o acero con bajo carbono Máquina más pequeña que las que hay en el mercado 1 m3 Potencia de los Motores 9-24V con la corriente regulada a 1 A Potencia de la herramienta para la operación de fresado Hasta 500W Velocidad de los motores Hasta 2000 RPM Minimo error de los controladores Cero error de posición y mínimo error de velocidad Posibilidad de ajuste de la herramienta Ajuste Variable Sensor de peligro y boton de emergencia Botón visible y de fácil alcance
  14. 14. FUNCIONES: DIAGRAMA DE DESCOMPOSICIÓN FUNCIONAL Guiar en dirección adecuada Soportar las cargas Sujetar la pieza Posicionar adecuadamente la herramienta Soportar el peso de la Herramienta Soportar los elementos propios Garantizar que la pieza no se mueva No maltratar la pieza Facilitar su operación Transformar fuerza en movimiento Dirigir Movimiento Detener Movimiento Recibir Instrucciones Procesar Instrucciones Comunicar Instrucciones a la máquina Recibir Información de la máquina Enviar datos al computador Establecer comunicación bidireccional Recoger fuerza de los motores Transmitir fuerza Producir movimiento Adoptar dirección Parar el dispositivo Frenar cuando esté en movimiento Garantizar Comodidad Ergonomía Proteger de lesiones Capacitar al operario Realizarunprocesodefresado,enunapiezadematerial blandomedianteelControlNuméricoComputacional
  15. 15. GENERACIÓN DE CONCEPTOS: VALORACIÓN DE LAS ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN GENERADAS •ÁRBOL DE CLASIFICACIÓN DE CONCEPTOS GENERAR MOVIMIENTO FUNCIÓN Con Aire Con Electromagnetismo Con Torque Cilindros Neumáticos Electroimanes Motores Paso a Paso Motores DC Motorreductores
  16. 16. GENERACIÓN DE CONCEPTOS: VALORACIÓN DE LAS ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN GENERADAS •ÁRBOL DE CLASIFICACIÓN DE CONCEPTOS TRANSMISIÓN FUNCIÓN Tornillo sin fin Banda Cremallera Cadena CuerdasContrapesos en el eje Z
  17. 17. GENERACIÓN DE CONCEPTOS: VALORACIÓN DE LAS ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN GENERADAS •ÁRBOL DE CLASIFICACIÓN DE CONCEPTOS ESTRUCTURA FUNCIÓN Tubos de Galvanizado Aluminio Acero Barras Hexagonales
  18. 18. GENERACIÓN DE CONCEPTOS: VALORACIÓN DE LAS ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN GENERADAS •ÁRBOL DE CLASIFICACIÓN DE CONCEPTOS Herramienta FUNCIÓN TaladroMotortool
  19. 19. GENERACIÓN DE CONCEPTOS: •ÁRBOL DE CLASIFICACIÓN DE CONCEPTOS SISTEMA DE SUJECIÓN FUNCIÓN De la Pieza De la herramienta Resortes Tornillos Pasantes apretados contra una placa Tornillos tipo prensa Varios moldes sobre acople para distintas herramientas Zuncho de Buen Calibre, calidad certificada Anillo que en su diámetro tenga tornillos Tornillos en cada lado de una caja con sistema de aprisionamiento que no maltrate la pieza Prensa que sujete la pieza en su dirección más larga
  20. 20. GENERACIÓN DE CONCEPTOS: VALORACIÓN DE LAS ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN GENERADAS •ÁRBOL DE CLASIFICACIÓN DE CONCEPTOS GUÍAS DE MOVIMIENTO Motores móviles con tornillos sin fin que se cruzan y la pieza móvil se conecta a la plataforma que mueve la piezaCanaletas (Perfil de acero con rodamiento) Ejes y Bujes Rieles
  21. 21. GENERACIÓN DE CONCEPTOS: •TABLA DE COMBINACIÓN DE CONCEPTOS Generación de Movimiento •Motores Paso a Paso •Motores DC •Motorreductores •Electroimanes •Cilindros neumáticos Transmisión •Tornillo sin fin •Banda •Cremallera •Cadena •Cuerdas •Cilindro neumático proporcional •Sistema acoplado de motor reducción y tornillo •Contrapesos en el eje z Guías de Movimiento •Rieles •Ejes y Bujes •Canaletas •Motores Móviles con tornillos sin fin que se cruzan y la pieza móvil se conecta a la plataforma que mueve la pieza Sistemas de Sujeción de la Herramienta •Tornillos pasantes apretados contra una placa •Zuncho de buen calibre, calidad certificada Sistemas de Sujeción de la Pieza •Resortes •Tornillos tipo prensa. •Varios moldes sobre acople para distintas herramientas •Tornillos en cada lado de una caja con sistema de aprisionamiento que no maltrate la pieza •Anillo que en su diámetro tenga tornillos •Prensa que sujete la pieza en su dimensión más larga. Material •Aluminio •Acero •Tubos de Galvanizado •Barras Hexagonales Herramienta •Motortool •Taladro 5x4x8x4x2x2x6 Aproximadamente 3840 combinaciones potenciales
  22. 22. PRESENTACIÓN DE LA ALTERNATIVA DE DISEÑO DOMINANTE Y JUSTIFICACIÓN
  23. 23. PRESENTACIÓN DE LA ALTERNATIVA DE DISEÑO DOMINANTE Y JUSTIFICACIÓN Concepto 5 Selección de conceptos de cada función: •Motoreductores •Acero •Sistema acoplado de reducción y tornillo sin fin •Ejes y bujes •Motortool •Tornillos pasantes con placa para sujeción de la herramienta •Prensa
  24. 24. PRESENTACIÓN DE LA ALTERNATIVA DE DISEÑO DOMINANTE Y JUSTIFICACIÓN Descripción del concepto Los tornillos sin fin se encargan de transmitir la potencia del los motoreductores y transformarla en posición de la pieza, mientras que con una combinación de ejes y de bujes se mantiene a la pieza sujetada en la trayectoria de su movimiento. La pieza se aprisiona mediante una prensa que sujeta a la pieza de manera segura. El Motortool se sujeta mediante dos placas que se ajustan en cierta medida a su geometría y que se fijan mediante tornillos pasantes.
  25. 25. PRESENTACIÓN DE LA ALTERNATIVA DE DISEÑO DOMINANTE Y JUSTIFICACIÓN
  26. 26. GENERACIÓN Y EVALUACIÓN DEL PRODUCTO SELECCIÓN DE MATERIALES Se consideraron propiedades mecánicas, costos y disponibilidad de piezas estandarizadas de estos. Adicionalmente se ponderó la facilidad de manufactura
  27. 27. GENERACIÓN Y EVALUACIÓN DEL PRODUCTO SELECCIÓN DE MATERIALES Se seleccionó Acero 1020, para la mayor parte de las piezas, este material brinda un buen balance entre costo y características mecánicas. Adicionalmente es un material de trabajo usual por lo que la manufactura se podía realizar con elementos que poseíamos.
  28. 28. GENERACIÓN Y EVALUACIÓN DEL PRODUCTO SELECCIÓN DE MATERIALES Para algunas piezas se utilizaron materiales distintos como Acero 1045, Bronce latón y plásticos. Estos cambios se deben bien sea a la necesidad de mejorar o cumplir alguna característica o a la disposición comercial estándar de algún componente.
  29. 29. GENERACIÓN Y EVALUACIÓN DEL PRODUCTO SELECCIÓN DE COMPONENTES ESTANDARIZADOS •Perfiles (Rigidez Torsional) •Tornillería (Herramental disponible) •Varilla roscada (Costo) •Rodamientos (Restricción espacial) •Otros
  30. 30. GENERACIÓN Y EVALUACIÓN DEL PRODUCTO MEJORA DE DETALLES •Refinamiento constante del diseño especialmente, del diseño para manufactura, haciendo de este un proceso más flexible y cuyos cantidad de herramental requerido sea mínima. •Adecuación de las interfaces diseñadas respecto a los componentes estándares adquiridos
  31. 31. GENERACIÓN Y EVALUACIÓN DEL PRODUCTO SUBSISTEMA DE MOVIMIENTO CARRO INFERIOR •Se realizaron los cálculos iniciales según unas condiciones que facilitaran la manufactura. •Los cálculos posteriores tuvieron en cuenta recomendaciones para mejorar la rigidez del sistema y simulaciones por elementos finitos de la interacción completa con otros niveles
  32. 32. GENERACIÓN Y EVALUACIÓN DEL PRODUCTO SUBSISTEMA DE MOVIMIENTO CARRO INFERIOR •Se debe garantizar el mejor paralelismo posible entre las guías al momento del ensamble. Lo que se tiene en cuenta desde la propia manufactura de las piezas críticas en este sentido (Ej. Bujes) •Se consideró la lubricación requerida por la tuerca del tornillo de potencia y por esta razón se realizó en Bronce.
  33. 33. DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA El concepto expuesto anteriormente se optimizo en varios aspectos hasta obtener el modelo final.
  34. 34. DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA Los tornillos sin fin se encargan de transmitir la potencia del los motoreductores y transformarla en posición de la pieza, mediante una tuerca ubicada en los distintos carros, mientras que con una combinación de ejes y de bujes se mantiene a la pieza sujetada y guiada en la trayectoria de su movimiento. La pieza se aprisiona mediante una prensa que sujeta a la pieza de manera segura.
  35. 35. DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA El Motortool se sujeta mediante dos placas que se ajustan en cierta medida a su geometría y que se fijan mediante tornillos pasantes y ranuras que permiten su ajuste. El accionamiento de los motores inferiores permite ubicar la pieza a fresar en plano, y el accionamiento del Motor superior permite que la herramienta de desbaste se desplace verticalmente.
  36. 36. APORTE Y VALOR SOCIAL DEL DISEÑO •SE LOGRA UNA MÁQUINA QUE ES ACCESIBLE A BAJO COSTO. •PERMITE EL ACCESO A LA COMUNIDAD UNIVERSITARIA A REALIZAR PIEZAS REPETITIVAMENTE A UN COSTO MODERADO
  37. 37. ANÁLISIS ECONÓMICO COSTOS ASOCIADOS CON EL PROCESO DE DISEÑO •Nuestra inversión en tiempo y esfuerzo de diseño •Transportes y tiempo invertido en cotizar los materiales y componentes estándar con los proveedores •Elaboración e impresión de planos de manufactura
  38. 38. ANÁLISIS ECONÓMICO COSTOS DE MATERIALES •Total: $ 250000 •Barra lisa (Ejes guía): $ 78000 •Varilla roscada: $ 25000 •Tubo cuadrado (Perfiles): $ 58000 •Lámina: $ 39000 •Otros: $50000 aprox.
  39. 39. ANÁLISIS ECONÓMICO COSTOS DE FABRICACIÓN •Externa: $ 50000 Invertimos alrededor de 50 horas/hombre de taller en 3 semanas de fabricación en las que realizamos un gran cantidad de procesos, para producir las piezas que diseñamos. •Herramientas: $ 20000 •Soldadura: $ 5000 (Material)
  40. 40. ANÁLISIS ECONÓMICO COSTOS DE ENSAMBLE Invertimos alrededor de 10 horas/hombre realizando el ensamble de forma detallada, para realizar al mismo tiempo la elaboración del manual con este fin. DESPERDICIOS (EXPERIENCIAS Y RECOMENDACIONES) La principal forma de desperdicio fue el desbaste de material en torno y los retales de los cortes realizados Podría evitarse ajustando las medidas al adquirir la materia prima con el inconveniente de aumentar precisión de maquinado y si sea comercial la medida requerida
  41. 41. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES •En el planteamiento de un proyecto de curso, se debe acotar, de forma coherente con el tiempo de desarrollo y las cualidades profesionales del equipo de trabajo, los objetivos del proyecto. •El tiempo de manufactura que implica la construcción de un proyecto mecánico debe ser sobredimensionado respecto a otras consideraciones iniciales, especialmente cuando el trabajo se realiza por el mismo grupo de diseño estudiantil.
  42. 42. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS •DISEÑO Y DESARROLLO DE PRODUCTOS, ENFOQUE MULTIDISCIPLINARIO, Ulrich Karl, Eppinger Steven, Mc Graw Hill Interamericana, 2004. •Plantilla HOQ – www.qfdonline.com •U.S. Patent No. 6145178 •THE MECANICAL DESING PROCESS, Ullman David, Mc Graw Hill Interamericana, 1992. •DISEÑO DE MAQUINAS, Norton Robert, Prentice Hall, México, 1999. •MECHANICAL ENGINEERING DESIGN, Eighth Edition, Shigley Joseph , Mc Graw Hill, United States, 2006.
  43. 43. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Y HERRAMIENTAS DE INGENIERÍA EMPLEADAS •DISEÑO Y DESARROLLO DE PRODUCTOS, ENFOQUE MULTIDISCIPLINARIO, Ulrich Karl, Eppinger Steven, Mc Graw Hill Interamericana, 2004. •Plantilla HOQ – www.qfdonline.com •U.S. Patent No. 6145178 •THE MECANICAL DESING PROCESS, Ullman David, Mc Graw Hill Interamericana, 1992. •DISEÑO DE MAQUINAS, Norton Robert, Prentice Hall, México, 1999. •MECHANICAL ENGINEERING DESIGN, Eighth Edition, Shigley Joseph , Mc Graw Hill, United States, 2006.
  44. 44. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Y HERRAMIENTAS DE INGENIERÍA EMPLEADAS •SOLID EDGE, Version 20.00.00.96, UGS, 2006 •MATLAB, Version 7.8.0.347 (R2009a), The Mathworks Inc. •STATGRAPHICS Centurion XV, Version 15.2.14, StatPoint Inc., 2007. •ANSYS Workbench, Version 11, Ansys Inc. 2007
  45. 45. MUCHAS GRACIAS Luis Felipe Montoya lfmontoyaf@unal.edu.co Camilo Martínez camartinezsar@unal.edu.co Camilo Sierra casierraca@unal.edu.co
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