Los apuntes que ellos no quieren que sepas de

Texto completo

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Un Resumen Narrativo

De

Groover

(Y Anexo incluido para todas sus necesidades de Diseño Mecánico)

WhittiLeaks

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Capítulo 3: Propiedades Mecánicas de Materiales

Las propiedades mecánicas de los materiales determinan su comportamiento cuando se le somete a una tensión. La funcionalidad y el desempeño de los materiales dependen de su capacidad para resistir deformación ante una fuerza

Relaciones

Stress-Strain

(Tensión-Deformación)

Los materiales físicos pueden ser sometidos a tres tensiones estáticas: de tensión, compresiva y corte. En el diseño de un producto, el objetivo es que resista estos esfuerzos sin alterar su geometría; por lo tanto, se va valorar el Stress-Strain ingenieril. En la

manufactura el objetivo es el opuesto, las fuerzas necesarias tienen que superar el punto de fluencia para alterar la forma; en este caso se va usar el True Stress-Strain.

Para obtener la curva ingenieril de Stress-Strain una fuerza es aplicada que tira del material, tendiendo a alargarlo. Se usan las ecuaciones siguientes:

0 l l e

l

 ;e es el Strain ingenieril en un punto del ensayo, l0es la longitud del material inicial

y les la longitud en dicho punto del ensayo de tensión.

0

e F A

  ;ees el Stress ingenieril en el punto

del ensayo Fes la fuerza siendo aplicada yA0es el área original del material

La curva de este ensayo tiene dos regiones: la plástica

y elástica (Lineal: sigue ley de Hooke). La Y es el

punto de fluencia (Yield), y a partir del máximum load comienza el ‘necking’ hasta que quiebre

(fracture).

Si la carga es aliviada antes de llegar a la región plástica, el material vuelve a su longitud original. Después de pasar el punto de fluencia el material sufre una deformación permanente. La relación entre tensión y deformación ya no es guiada por la ley de Hooke y se alarga más rápido mientras disminuye su área. El punto máximo de la curva se llama “(Ultimate) Tensile Strength” (En el grafico

“Max. Load”) y se denota

max

0

F TS

A

 . La tensión calculada inmediatamente antes del quiebre se denomina “Punto de fractura”. Esto

después determina la ductilidad: la capacidad del material para deformarse plásticamente sin romperse.

True Stress-Strain:

F A

  ; =True Stress, F es la fuerza, A=Área actual (instantánea) resistiendo la carga

0

L ln

L

 ; L=longitud instantánea, L0=ídem

Como no se reduce significadamente el Área Inst. en la región elástica sigue vigente la ley de Hooke. La diferencia entre los dos gráficos está en la parte plástica. Como se toma en cuenta que cada vez hay menos área para resistir la carga los valores para True-Strain () son mayores que para e. Esto significa que el material está endureciendo, una propiedad que se llama “endurecimiento por deformación” descrito

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Ensayo de Compresión

La carga crece más rápidamente que antes para compensar que el área se agranda a medida que se comprime y porque mucha energía invertida se disipa por la fricción entre la cara del cilindro que se expande para afuera y las placas de compresión. Esto también produce un fenómeno de abarrilamiento (Figura)

Nota: Los materiales que poseen elasticidad, pero poca o nula plasticidad se someten a un ensayo de flexión donde se doblan con una carga hasta que fracturan.

Ensayo de Corte (Shear)

Tensión de corte involucra dos tensiones en cada lado de un material fino para desviarlo. Está definido por F

A

  ; =Tensión de corte, Fes la fuerza aplicada, Aes el área por donde se aplica la fuerza.

b

  ;

es la deformación,

es la desviación y b es la distancia ortogonal a la que ocurre la desviación.

Más comúnmente se usa un ensayo de torsión que uno de desviación:

L R

  ; donde R es el radio hasta la pared neutral del material, es la desviación angular, L es la longitud referencia del material.

G

   ;Ges el modulus de corte (derivado del modulus de elasticidad[G=.4E])

Ensayo de Dureza

Se define dureza como la capacidad de un material a resistir ser abollado de forma permanente. Para este tenemos el Test de Brinell para materiales de baja y mediana dureza. Se usa una pelota de material duro que se presiona sobre la superficie a medir. La carga aplicada se divide por la superficie de la abolladura.

Para el Test de Rockwell se usa un cono de diámetro 1,6 o 3,2 milímetros que se presiona a la superficie a una carga de 10Kg, después se le aplica 150Kg lo que hace que el cono penetre una distancia d más allá de la carga inicial. d=Dureza Rockwell.

Finalmente, el Test de Vickers usa un penetrador de forma de pirámide hecho de diamante. Se presiona la superficie de un material con la pirámide a varias cargas y se usa la formula HV 1,8542F

D

Nota: Hay otras propiedades mecánicas, como resistencia al creep, resiliencia, resistencia a la fisuración y fatiga. El creep es la tendencia de un material a deformarse permanentemente debido a condiciones de altas tensiones que aún están debajo del punto de fluencia.

Capítulo 6: Metales

Propiedades mecánicas excelentes para gran variedad de productos de ingeniería. Buena

conductividad eléctrica y térmica. Varios metales son usados simplemente por su bajo costo.

La ‘forma a partir’ que tienen los metales (Antes de ser trabajados) incluye metal fundido,

metal forjado, y metal en polvo (en el cual el metal es comprado en polvo y trabajado mediante procesos de metalurgia de conversión de polvo por partes). Los metales son clasificados en dos tipos, ferrosos

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Aleados

La pureza es importante para ciertos metales (Ag,Cu,Au etc), aun así, las aleaciones tienen muchas más aplicaciones en la ingeniería. Solución solida:

Cuando un elemento es disuelto en otro y forman una fase única sea Sustitucional (Bronce Cu-Zn) o

Intersticial (Acero Fe-C). En ambas, la estructura aleada final resulta ser generalmente más fuerte y dura que ambas componentes.

Fase intermedia/heterogénea:

Hay límites de la solubilidad de un elemento en otro (que llamaremos elemento base). Cuando se excede este límite se forma una fase separada en la aleación que tiene composición química intermedia entre los dos elementos y estructura cristalina diferente a la de cada elemento puro.

Diagrama de fases binarios:

Vemos que el diagrama contiene dos líneas, el “Solidus” y el “Liquidus”. Debajo del solidus no existe fase que no sea sólida, similarmente no existe fase solida sobre el liquidus. Lo que si hay es una mezcla de fases entre las dos. En la figura se nota que alguien quiso analizar que era la composición de fases a una fase de agregado de 50% níquel a una temperatura de 1260C (línea superior de análisis). Usando la regla de la palanca y viendo donde la línea de análisis intersecta el solidus llegas a que la composición va tener 62% níquel sólido.

Diagrama Estaño-Plomo

A diferencia del otro gráfico, este tiene la presencia de dos fases sólidas, alfa(α) y beta(β). La fase α es una solución solida de Sn en Pb; la β una solución solida de Pb en Sn que solo sucede a elevadas temperaturas (~200C/375F). A una composición de 61,9% Sn se juntan dos líneas liquidus (a 183C), esta es la composición eutéctica para el sistema Sn-Pb. La temperatura eutéctica es el punto de fusión más bajo para un sistema aleado.

Acero

El diagrama muestra hierro puro al costado izquierdo denominado α o ferrito a partir de temperatura ambiente. A 912C se convierte en γ Austentita, está a 1394C se convierte en delta (δ). α y δ ambas tienen estructura BCC y entremedio γ tiene estructura FCC. El cambio de estructura al FCC de Austentita permite absorber hasta 2% carbón a 1130C, comparado al .025% a 723 del ferrito.

Aceros de Herramienta

Rápidos: para cortes, resisten desgaste y temperatura elevada. Trabajo en caliente: matrices de forja, extrusión y fundición. Trabajo en frio: Formado de Chapas, extrusión y forja. Templados al agua: para operaciones a baja temperatura. Resistentes al

impacto: Alta tenacidad para punzo nado y doblado de chapa. Molde: Moldes de plástico y goma. Baja aleación: Plegado de chapa y cuchillas de corte.

α

β

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Diagrama de Hierro-Carbón (Acero)

El acero es una aleación de hierro que contiene carbón entre ,02%-2,11%. Están los aceros al carbono [Designación AISI-SAE]: Bajo carbono [1006-1027] (,02-,2%), medio [1030-1050] (,2-,5%) y alto [1060-1095] (desde ,5%). Los de bajo C son más fáciles de formar mientras que alto contenido de C tienen alta dureza y permiten tratamientos térmicos buenos. Los

aceros de baja aleación: Cr, mejora resistencia mecánica, resistencia al desgaste y corrosión, y es el componente más efectivo para incrementar dureza; Mn Mejora resistencia mecánica y dureza y es importante en el tratamiento térmico. El High-Strength Low-Alloy (,1-,3%C y hasta 3% Mn,Ni,Cr etc) presenta mejor resistencia, formabilidad y soldabilidad.

Cristalizacion del Acero

Partiendo del líquido, al enfriarse el acero de contenido carbono 0,02-0,8% se forman núcleos de Austentita irregulares (figura). Debido a su estructura microcristalina ‘FCC’, la Austentita es capaz de disolver mucho más carbono que la ferrita. Al enfriarse más, el hierro en los bordes de la Austentita empieza a solidificar, formando canales de ferrita solidificada. La ferrita no disuelve el carbono tan bien como la Austentita, por lo tanto, se va concentrando el carbono en los islotes de

Austentita que quedan entre la ferrita formada (el alto contenido de carbono baja su temperatura de transformación). Al final del enfriamiento los islotes de

Austentita se transforman en perlita, formando la estructura cristalina del acero. Si el acero es enfriado rápido entonces el carbono no tiene tiempo de conglomerarse formando Martensita de estructura microcristalina BCC, muy dura y frágil.

Aceros Inoxidables

Son altamente aleado (+15%) con Cr, Ni (muy buenos para prevenir corrosión) y C para resistencia y dureza (aunque le quita a la resistencia de corrosión). Estos son difíciles de manufacturar y trabajar por su alta dureza y costo. Austentitico inox. 18%Cr,8%Ni lo que lo hace muy resistente a la corrosión. Ferritico inox. 15-20%Cr, bajo C, 0%Ni son magnéticos y dúctiles. Martensitico inox. Igual que el Ferritico excepto que tiene más Carbón (mejor tratado térmico, peor resistencia a la corrosión). Endurecimiento de Inox. por precipitación tiene 17%Cr, 7%Ni con pocas cantidades de otros elementos como Al, Mo, Cu y Ti lo que lo permite resistir corrosión a elevadas temperaturas.

Hierro de Fundición

Hierro de Fundición contiene de 2,1% a 4% Carbono y 1-3% Si. Gris: 2,5-4%C y 1-3% Silicio con lo que se obtiene copos de grafito. Se precisa de enfriamiento lento en la fundición. Estos permiten absorción de vibraciones y propiedades lubricativas internas que lo hacen maquinable con más facilidad.

Dúctil: Tiene la composición del Gris, pero se lo trata químicamente antes de la fundición para que forme esferas en vez de copos de grafito que lo hace más dúctil y fuerte. Blanco: Tiene menos C y Si que el Gris y se enfría muy rápido para que el carbono forme Fe3C en

vez de copos. Es duro, frágil y muy resistente al desgaste. Maleable: Tratados térmicamente, se obtiene grafito nodular distribuidos irregularmente. Tiene mejora de elongación sustancial hasta 20%.

Aluminio

Su valor ingenieril yace en su liviandad y resistencia a la corrosión. Conduce la electricidad y energía térmica muy bien y es notado por su

ductilidad. Solo es débil, pero al ser aleado y tratado térmicamente compite con algunos aceros. Como el aluminio se puede someter a tantos procesos hay una tabla de designaciones para ellos.

δ

α

γ γ

γ

α α γ

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DESIGNACIÓN PARA ALUM IN IO FUNDIC IÓN Y FORMADO Aleación principal Cod. Formado Cod. Fundi.

Al +99,0% 1XXX 1XX.X

Cobre 2XXX 2XX.X

Manganeso 3XXX

Si + Cu y/o Magnesio 3XX.X

Silicio (Si) 4XXX 4XX.X

Magnesio 5XXX 5XX.X

Magnesio y 6XXX

Zinc 7XXX 7XX.X

Estaño 8XX.X

Otros 8XXX 9XX.X

Tratamientos del Aluminio:

F: Sin tratamiento Especial■ O: Recocido-Menor resistencia, alta ductilidad■ HX: Endurecido por deformación-Forjados o trabajados, el número(X) indica tratamiento de calor■ W: Tratamiento térmico de solución-para aleaciones que endurecen con edad. Es inestable■TX: Tratamiento Térmico, el numero indica tratamientos especiales

Capítulo 27: Tratamientos Térmicos

Buscan mejorar las propiedades de la pieza.

Recocido

Consiste en calentar el metal a una temperatura adecuada, mantenerla por cierto tiempo y luego

enfriarlo lentamente. Esto reduce la dureza y

fragilidad, ablanda los metales para hacer más sencilla su formación del mecanizado y reduce el

endurecimiento por tensión que puede causar variaciones en dimensionamiento de la pieza.

Formación de Martensita en Acero

Como ya habíamos mencionado antes, si el acero se enfría demasiado rápido no da para la difusión del carbón y se forma una fase del acero llamada Martensita. Esta es muy dura y frágil, lo que le da al acero la posibilidad de aumentar su punto de fluencia sustancialmente.

Curva TTT

Con la ayuda del grafico se puede saber que fase se va formar dependiendo de que trayectoria tome el enfriamiento. Si se enfría lentamente, se forma Perlita; si se enfría rápidamente, se forma Martensita. Lo que le da la característica de dureza es la estructura

Body Centered Tetragonal (BCT) porque los átomos de carbono forman barreras contra desplazamientos.

Tratamiento Térmico

El proceso de formar Martensita comienza con el Austentizado donde se lleva al acero a una

temperatura suficientemente alta y se la sostiene por un tiempo para convertir todo el material en

Austentita. El Templado consiste en enfriar el acero lo suficientemente rápido como para que se forme

Martensita. Es importante que la curva de enfriamiento no toque la ‘nariz’ en el gráfico. Los medios usados varían, agua dulce, agua salada, aceite; lo importante es que no sea turbulenta el agua. El problema aquí es que cuanto más efectivo sea el medio enfriando, más propenso es a generar tensiones internas, distorsiones y fracturas en el producto. El Revenido es un proceso de calentamiento aplicado luego del Templado. Se lleva el acero a una temperatura debajo de la temperatura de formación de Austentita por una hora y después se enfría lentamente. Durante este tiempo se alivian tensiones internas y cambia la estructura BCT a BCC. La nueva estructura se llama Martensita Revenida. Mejora la ductilidad y tenacidad con una leve disminución en resistencia y dureza.

Capítulo 10: Fundición

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Ventajas: ■ Geometría compleja (Externa u Interna) ■ Superficies finales ■ Partes grandes ■ Variedad de materiales (Metales) ■ Producción en serie.

Desventajas: ■ Propiedades mecánicas limitadas ■ Porosidad ■ Tolerancia dimensional ■ Acabado superficial ■ Seguridad ■ Contaminación

Preparación

Se necesita fundir el metal y llevarlo a la temperatura de vertido (para tener más fluidez). Para que el vertido sea exitoso el metal tiene que fluir dentro de todas las regiones del molde antes de solidificar. Un gran problema es la turbulencia

(Variaciones erráticas del vector velocidad en los distintos puntos del fluido) que tiende a acelerar la formación de óxidos metálicos que degradan la calidad de la pieza. La turbulencia también erosiona las paredes del molde resultando en una geometría final diferente.

Fluidez

Es la capacidad de un metal para fluir dentro de un molde y llenarlo antes de solidificar. Es la inversa de la viscosidad. Se puede incrementar la temperatura que se vierte el metal para que no

solidifique tan rápido, sin embargo, agrava problemas como formación de óxidos, porosidad de gases y penetración del líquido por los poros del molde de arena. La composición de un metal también determina el calor de fusión. Un calor de fusión mas alto tiene incrementar la fluidez medida.

Molde de Arena

Es el proceso de fundición más importante. Se utiliza un molde de arena de fundición a presión para definir las características básicas de un molde. El molde conste de dos mitades: sobre y bajo. El sobre es la mitad superior del molde, y el bajo es la mitad inferior. Las dos mitades del molde se separan en la línea de partición. El patrón se hace generalmente de gran tamaño para permitir la contracción del metal a medida que se solidifica y enfría. El molde también debe contener acumuladores o pulmones que suministran metal a medida que se va enfriando y achicando la pieza. En la fundición de arena, por ejemplo, la porosidad natural del molde de arena permite que el aire y los gases escapen a través de las paredes de la cavidad. El patrón del molde puede ser reusado.

Solidificación de Metales

Metales Puros: Solidifican a su temperatura de fusión. Debido a la perdida de calor por las paredes

del molde, se forma una delgada capa de metal solido en los bordes que se hace más gruesa a medida que la solidificación progresa hacia el centro. Aleaciones:

Solidifican en un determinado rango de temperaturas dependiendo de la aleación y la composición. También se forma una capa de metal solido que crece hacia adentro formando dendritas que se extienden al interior de la pieza.

Molde Permanente Metálico

Aun No.

Capítulo 21: Maquinado de Metales

Para darle forma a una pieza por proceso de remoción de material se emplea 3 técnicas, el

maquinado convencional, proceso abrasivo, y

procesos no tradicionales, el ultimo que usa forma de energía aparte de herramientas de cortes o por

partículas abrasivas que no se estudia en la materia (Capitulo 26). Con el maquinado se obtiene muy buena precisión dimensional y acabados muy buenos al costo de consumo de tiempo y desperdicio de material. Generalmente se hace el maquinado después de otros procesos de manufactura para “acabar”. Rigidez de herramienta=precisión.

El movimiento relativo entre la pieza y el filo

de la herramienta se da con la velocidad de corte

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Desbaste Primario: Usando una mayor

profundidad de corte, un desbaste remueve grandes cantidades de material lo más rápido posible dejando un poco de materia superficial para el acabado para alcanzar las dimensiones finales. Fluido de

corte/refrigerante se usa para enfriar/lubricar la herramienta. Plano de corte: Cara de la herramienta ortogonal (casi) a la superficie de trabajo. Se desea que la temperatura de corte sea baja pues la viruta caliente presenta un peligro para el operador, las temperaturas altas afectan la vida útil de la herramienta y la expansión térmica de la pieza puede producir imprecisiones en las dimensiones de la pieza de trabajo.

Consideraciones: Materiales, el Zinc y el Aluminio son fáciles de mecanizar. El hierro blanco, en cambio, es duro y frágil; es mejor buscar otro material si se va mecanizar. Minimizar setups, siempre buscar que se tenga que usar la mínima cantidad de herramientas y la mínima cantidad de setups (diferentes posiciones de agarre). Usar

herramientas estándar. Probablemente no tengas esa broca de 27,5mm diámetro, busca hacer un cilindrado interno en el torno.

Viruta

Relación del grueso de la viruta: o c t r

t

 ;

donde to es la profundidad de corte y tc es el grueso de la viruta. r siempre es menor a 1. Viruta

discontinua: Maquinado de materiales frágiles y profundidad de corte alta, velocidad de corte baja o fricción de herramienta pueden causar irregularidades en la superficie. Viruta continua: Buen acabado de superficie. Viruta se puede enredar con la herramienta y causar problemas. Viruta continua con

acumulación (BUE): Maquinizado de materiales dúctiles a bajas velocidades. Causado por adhesión de material a la herramienta. Viruta dentada: Materiales difíciles de mecanizar como titanio. También en acero a baja velocidad de corte.

Capítulo 22: Operaciones de maquinado y herramientas

Torneado

Operaciones Posibles son Careado, para crear una superficie plana en el extremo de la pieza para crear una superficie plana; Torneado Cónico, avance de la herramienta con un ángulo para dar forma cónica;

Torneado de contornos, La herramienta sigue un avance curvado; Torneado de formas(formado), la herramienta es la que tiene la forma curva y esta se hunde en la pieza para darle esa misma forma;

Achaflanado, el borde cortante de la herramienta corta para dar un ángulo a una equina de la pieza;

Tronzado/Partición, la herramienta avanza

radialmente en un punto para partir el extremo de la pieza; Roscado, una herramienta puntiaguda avanza linealmente a una velocidad constante para crear cuerdas roscadas; Perforado, Herramienta de punta avanza coaxial al eje de rotación sobre un agujero existente para agrandarlo o dar acabado; Taladrado,

se hace avanzar una broca, siempre coaxial al eje de revolución; Moleteado, operación de formado de metal para producir un rayado regular sobre una superficie.

El Torno Mecánico

En el torno mecánico, la herramienta va sostenida por la torreta, o porta herramienta. Dependiendo del modelo del torno, la torreta puede o no estar fija al carro transversal. Algunos modelos tienen carros porta herramientas (chariot[?]) que permiten otro eje de movimiento para hacer chaflanes sin cambiar la herramienta. El Volteo es el diámetro máximo de la pieza que el torno permite trabajar con.

Métodos de sujeción (Torneado)

Entre centros: Se usa para piezas con alta relación entre longitud y diámetro. La pieza se sujeta con una placa en el cabezal y con un contrapunto en su otro extremo. Para maximizar el torque que se le da a la pieza se usa una brida llamada perroque ayuda transmitir torque a la pieza. Usar contrapunto rotante para altas velocidades, denominado un Centro Vivo

(disminuye fricción). Mandril: Con operación independiente de mordazas o autocentrante. Para piezas baja relación longitud a diámetro. Boquilla:

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tener de varias medidas para igualar tamaño de pieza.

Plato de sujeción: Para piezas con bases irregulares.

Máquinas Perforadoras

Básicamente es un torno para trabajar interiores de piezas con diámetros muy grandes (2.5m+). Puede estar orientada verticalmente o horizontalmente.

Operaciones de Taladrado

Escariado, se usa una broca con ranuras rectas para agrandar ligeramente un agujero con buen

acabado; Roscado interior, se usa un machuelo para cortar una rosca interior en un agujero pre-existente;

Abocardado, un agujero escalonado para asentar las cabezas de los pernos así no sobresalen de la

superficie; Avellanado, agujero escalonado con forma cónica; Centrado, es un agujero inicial pequeño para establecer con precisión el lugar donde se taladrara el siguiente agujero (con una broca de centros);

Refrenteado, básicamente un fresado de una superficie localizada.

Durante un taladrado se puede usar una guía de taladro, a diferencia de una mesa sujetadora. La guía suministra un medio para guiar la herramienta durante el taladrado, ideal para una pieza con varias operaciones de taladrado.

Fresado

Fresado periférico: El eje de la herramienta se posiciona paralelo a la superficie que se está mecanizando. Fresado frontal: El eje de la fresa esta perpendicular a la superficie de trabajo.

La máquina fresadora horizontal es adecuada para fresado periférico mientras que la

maquina fresadora vertical se usa más para fresado frontal. Fresado paralelo da mejor acabado.

Métodos de sujeción en la Fresa

Brida: Para sujeción de piezas con superficies planas. Recordar que después no se puede mecanizar la superficie con la brida. Morsa: Para piezas con

contornos rectangulares. El agarre es en el costado de la pieza, dejando la parte superior lista para mecanizar.

Divisor con plato: Para piezas cilíndricas. También se puede usar un divisor entre puntas para piezas largas. Mesa Magnética: Para piezas con bases relativamente grandes y planas. Material tiene que ser ferromagnético.

Operaciones de Fresado

Fresado de ranuras, cuando el ancho de la fresa es menor que el ancho de la pieza, creando una ranura; Fresado lateral/escuadra, cuando la fresa maquina una esquina de una pieza; Planeado, Cuando el largo de la fresa se extiende más allá de la pieza de trabajo en ambos lados.

Operaciones “exclusivas” del fresado frontal:

Contorneado, cuando se maquina un contorno superficial siguiendo una trayectoria curvilínea. (movimiento en eje z de la fresa); Perfilado, cuando se corta un perfil plano de una superficie de la pieza;

Fresado de cavidades, forma de fresado para crear cavidades poco profundas en piezas planas.

Parte hecha con fresa de 5 ejes.

Perfilado y Cepillado

La Perfiladora tiene la herramienta de corte ligada al ariete, lo que le da la velocidad de corte. La pieza (situada sobre la mesa de trabajo) avanza después del recorrido de la herramienta. El Cepillo

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eleva ligeramente para la carrera de retorno (en el Cepillo la herramienta avanza).

Brochado

Costosa pero útil para acabados, las brochas

son herramientas de corte con múltiples dientes escalonados levemente. Esta se pasa por un agujero existente para agrandarlo y darle un acabado superficial en el brochado interno. El brochado externo le da una forma transversal a la pieza.

Esmerilado(Rectificado)

Se usa una rueda de esmeril hecha de material abrasivo para dar un acabado a una pieza. Además de permitir trabajo sobre piezas planas, existe el esmerilado cilíndrico que se usa para terminar piezas que han sido mecanizadas al tamaño

aproximado y tratadas térmicamente. Se puede variar la velocidad de avance de la pieza en el rectificado; en el esmerilado profundo se usa una velocidad de avance mucho más lenta, pero se gana tiempo en lo que es la carrera oscilatoria de la pieza en el esmerilado normal.

Nota: Hay cuatro ‘rectificadoras’ comunes:

Rectificadora Tangencial (operación periférica),

Rectificadora de bandera (operación frontal),

Rectificadora cilíndrica, Rectificadora sin centros.

Rectificadora (Groover)

Proceso abrasivo ejecutado por conjunto de barras abrasivas para obtener acabados superficiales muy buenos (internos). Es necesario un fluido de corte. El movimiento de la herramienta es oscilatorio y rotatorio, haciendo presión contra las paredes del interior de la pieza. Operaciones: Esmerilado: Forma plana/cilíndrica(interna externa). Rectificado: Agujero redondo. Superacabado: Superficie Plana/cilíndrica externa. Bruñido: Plana o ligeramente esférica.

Pulimentado y Abrillantado: Formas diversas.

Capítulo 23: Tecnología de Herramientas de Corte

Se busca que una herramienta sea más dura que el material que corta y que sea rígida para mayor precisión. Hay 3 tipos de fallas, falla por fractura, falla por temperatura y desgaste gradual.

Materiales y dimensiones

Tenacidad: Evita fallas por fractura debido a absorción de energía. Dureza en caliente: Se necesita que la herramienta no se ablande al alcanzar la

temperatura de corte. Resistencia al desgaste: Cuanto

más duro el material, más va resistir el desgaste abrasivo durante el corte.

En operaciones de corte continuo es deseable usar herramienta con romper viruta. La forma de la herramienta es importante, cuanto más fino sea, más versátil será para acceder a los rincones de la pieza. Esto también significa que será menos resistente y será más vulnerable a la vibración.

Capítulo 30: Fundamentos de Soldadura

Ventajas: Unión permanente, soldadura como unión más fuerte que los materiales originales,

económica a primera vista, y se puede realizar “en el campo”. Desventajas: Algunas operaciones de

soldado requieren un especialista (mano de obra escaso y costoso), lejos de ideal para piezas que se piensan desensamblar en algún punto.

Tipos de Uniones

Empalmada: Las piezas están en el mismo plano y se unen en su borde. Esquina: Las piezas forman un angulo recto y se unen en sus esquinas.

Superpuesta: Union de piezas que están una arriba de la otra. En te (T): Una pieza esta perpendicular a la otra, formando una T. Borde: Ver figura anterior.

Tipo de Soldaduras Comunes

Soldadura en filete. Soldadura en surco (solo empalmada)

Capítulo 31: Procesos de Soldadura

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Soldadura con Arco (Arc Welding)

AW: Se obtiene coalescencia entre los metales mediante el calor de un arco eléctrico entre el

electrodo y la pieza de trabajo.

Electrodos

Electrodos consumibles: Proporcionan el metal de relleno y se van consumiendo durante el proceso. Se deben cambiar de manera periódica.

Electrodos no consumibles (W/C): A pesar del nombre se van desgastando de a poco. Se tiene que aportar metal de relleno en forma de un alambre.

Los electrodos varían en propiedades. Ácidos:

Facilidad de uso, para aceros normales de construcción. Buenos para uniones en angulo.

Celulósicos: Produce muy poca escoria. Ventaja grande de poder soldar en cualquier posición, por eso se usan en oleoductos y gasoductos. Rutilicos:

Facilidad de uso. Estructuras metálicas, construcción naval y de calderas. Basicos: Eliminación de sulfuro. Proporciona gran resistencia al agrietamiento en caliente. Usado para recipientes sometidos a presión, construcción naval y maquinaria.

Arco de metal protegido

SMAW: Se usa un electrodo consumible especial recubierto con materiales químicos que al ser vaporizados aportan protección y metal de relleno a la misma vez. La desventaja es que se tiene que

reemplazar el electrodo en forma periódica.

Arco de metal y gas

GMAW: El electrodo es un alambre de metal consumible alimentado desde la pistola de soldar. La protección se proporciona inundando el arco eléctrico con un gas. Para soldar aluminio y acero inoxidable comúnmente se usa CO2 (activo). Hay muy poca escoria en la gota de soldadura, por lo tanto, se elimina la necesidad de esmerilado de la escoria lo que lo hace ideal para múltiples pasadas en la misma unión. MIG:

soldadura con gas inerte (argón/helio). MAG:

Soldadura con CO2, más barato que MIG. Se usa para aluminio y acero bajo/mediano contenido de carbón. El CO2 se suele mezclar con argón en MAG (mezcla menos reactiva).

Arco de tungsteno y gas inerte

TIG: Se puede emplear con o sin metal de relleno. El proceso TIG se puede aplicar a gran variedad de metales con alto rango de espesores. Su costo alto y lentitud significa que se usa para piezas de alta calidad, secciones delgadas o piezas que requieren

tolerancia baja. En estos dos últimos casos no se usa metal de relleno.

Arco sumergido

SAW: Se emplea un flujo continuo de material protector granulado llamado flux. Este protege el arco de la atmosfera. También se lo llama Soldadura por arco con protección sólida(incorrectamente). Es totalmente automatizado y permite gran rendimiento de producción.

Soldadura por Resistencia

Utiliza combinación de calor y presión para obtener coalescencia. Se produce una zona fundida entre las piezas llamada pepita de soldadura.

Soldadura de puntos

RSW: Se usa mucho en la producción masiva de automóviles, aparatos domésticos etc. Se emplean electrodos en lados opuestos sobre una unión

superpuesta (láminas de 3mm o menos). Estos aprietan la unión pasando corriente, fundiendo un punto entre las láminas.

Soldadura de costura

RSEW: Dos rodillosque a medida que dan vuelta (avance de la pieza) hacen presión al material contenido entre ellos pasando corriente de forma continua o por pulsos para generar pepitas.

Soldadura de Proyección

RPW: Se pasa corriente entre las piezas sobre varios puntos relativamente pequeños. Estos puntos están determinados por la forma de las piezas

Soldadura por inducción

HFIW: También llamado “por alta frecuencia”, se induce calentamiento por una bobina por donde pasa una corriente alterna a altas frecuencias. (Figura)

Soldadura Oxiacetilénica

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acetileno. Se puede usar metal de relleno. El equipo OAW es barato y portátil, por ende, se usa mucho para reparación y producción en bajas cantidades.

Llama neutra: Proporción OA=5/4 para que haya una combustión completa. Para Acero, aleaciones férricas y aluminio. 3480C max. Llama oxidante:

OA=25/16. Temperaturas más altas. Llama

Carburante: Menores temperaturas. Más protección de la atmosfera.

Soldadura por Fricción

FRW: Automatizado proceso de soldadura en estado sólido. Se tiene dos piezas de diámetro igual, una rotando sobre su eje. Estas se juntan en sus

esquinas con fuerza para producir calor de la fricción y así tener coalescencia. Se puede emparejar el punto de unión con torneado después del proceso.

Capítulo 33: Ensamble Mecánico

Design For Assembly (DFA): 1. Usar la menor cantidad de piezas posibles para reducir la cantidad de ensambles requeridos 2. Reducir la cantidad de sujetadores roscados requeridos. (mejor usar sujetadores automáticos) 3. Estandarizar los

Sujetadores. 4. Reducir dificultades de orientación de las piezas. 6 Evitar que las piezas se enreden

Tornillo: Sujetador con rosca externa que se ensambla en un orificio roscado ciego. Perno:

Sujetador con rosca externa que se inserta a través de orificios en las piezas y se “atornilla” con una tuerca en el lado opuesto. Perno sin cabeza une piezas con tuercas de ambos lados. Tuerca: Sujetador con rosca interna. Prisionero: Elemento roscado sin cabeza que se une de forma permanente a una de las piezas que va unir. Arandela: Elemento usado para asegurar firmeza de la unión mecánica. 1. Distribuye las fuerzas sobre un área mayor 2. Da apoyo para orificios con separaciones grandes entre las piezas 3. Aumentar tensión del resorte 4. Proteger la superficie de las piezas 5. Sellar la unión 6. Resistir aflojamiento inadvertido. Remache: Sujetador para obtener unión permanente entre piezas de forma mecánica. Se usa un martillo neumático para deformar y recalcar el

remache. Anillos de retención: Elemento que queda sujetado a la pieza automáticamente. Resultan fáciles ensamblar porque no requieren herramientas.

Capitulo 16: Metalurgia de Polvos

El metal en polvo se comprime y se calienta en el proceso de prensado para unir las partículas y darle rigidez. Las piezas fabricadas por PM casi no necesitan procesos posteriores (tolerancias de +/-.13mm). Excelente para producir piezas con materiales con alto punto de fundición (tungsteno). Puede llegar a ser un proceso de forma neta (no se requiere maquinado posterior).

El sinterizado de metales es una operación de tratamiento térmico ejecutado sobre la pieza

compactada para unir sus moléculas y darle fuerza y resistencia. Básicamente, elimina poros entre partículas y les da más área de contacto entre partículas. Ocurre gracias al flujo plástico del metal. Es importante realizarlo en una atmosferareductora

para proteger de, y remover la oxidación (y también eliminar lubricantes y aglutinantes del prensado).

Capitulo 18:Fundamentos del Formado de Metales

Procesos de deformación volumétrica

Rolado/Laminado: Proceso en el cual se reduce el espesor de una plancha por medio de dos rodillos que giran para avanzar la plancha. Forjado:

Dos troqueles comprimen una pieza de trabajo para imprimir la forma deseada. Extrusión: Es un proceso de compresión en el cual se fuerza el metal a fluir a través de una abertura para que tome una forma transversal. Estirado: El diámetro de un alambre se reduce al ser tirado a través de una abertura.

Operaciones de láminas metálicas (Prensado)

Doblado: Deformación de una lámina

metálica o placa para que adopte un ángulo. Estirado:

Transformación de una lámina plana a una hueca o cóncava (estirado en copa) Corte: Operando con un punzón y un troquel se corta una sección transversal de una placa de la forma deseada.

Formado: Pliegues desparramados sobre una chapa le da rigidez

Corte

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ángulo entre el troquel y el punzón para descartar parte cortada.

Capítulo 19: Procesos de Deformación Volumétrica en el

Trabajo de Metales

Laminado

Requiere alta inversión de capital para adquirir el equipamiento. La mayoría de los laminados se realizan en caliente (laminado en caliente). A partir de planchas, lupias y tochos se pueden fabricar rollos y laminas; perfiles estructurales y rieles; barras y

varillas, respectivamente. Partiendo de un anillo grueso y chico se llega a un anillo fino con diámetro grande con la laminación de anillos.

Forjado

Se suele realizar en caliente dad la cantidad de deformación que requiere. Forjado en troquel abierto: el trabajo se comprime entre dos troquelas planas permitiendo que el material fluya sin restricciones por los costados. Forjado en troquel impresor: Las superficies del troquel contienen una forma o impresión que se imparte al material de trabajo, restringiendo el flujo del metal. Rebaba: El metal que fluye mas alla del troquel impresor y debe ser recortado mas tarde. Forjado sin Rebaba: El troquel restringe completamente el material de trabajo dentro de la cavidad. Forjado de precisión: Un proceso de forma neta/casi neta, ósea que casi o no se requiere maquinado posterior de la pieza. Incluye: El forjado sin rebaba se suele clasificar como un forjado de precisión. En el caso del forjado con troque impresor, se puede llegar a tolerancias pequeñas, pero aún se tiene que recortar la rebaba.

Extrusión

Extrusión directa: Un tocho de metal se carga en un recipiente y un pistón comprime el material forzándolo a fluir a través de una o más aberturas en un troquel al extremo opuesto. Se pueden producir secciones transversales sólidas, huecas, semi-huecas.

Capítulo 20: Operaciones de Corte

Operaciones de Corte de Laminas Metalicas

Cizallado: Corte de lámina a lo largo de una línea recta entre dos bordes. Punzonado: Corte de una

lámina de metal a lo largo de una línea cerrada para separar la pieza del material circundante. Se obtiene la forma transversal del punzón. Perforado: Similar al Punzonado excepto que la pieza que se corta se desecha. El material remanente es la pieza deseada.

Corte en trozos: Corte de una tira de lámina metálica por un punzón con dos bordes. Cada corte genera una pieza nueva. Partición: Similar al corte en trozos, pero la forma de la pieza es irregular y no permite empalme perfecto en la tira. Hay desperdicio. Se corta las dos líneas entre dos piezas simultáneamente.

Operaciones de Doblado/Plegado

Doblado en V: La lamina de metal se dobla entre un punzon y un troquel de forma V. Doblado de bordes: Similar al cizallado excepto que la luz es suficientemente grande para doblar el material en vez de cortarlo.

Embutido

Anexo: Plásticos

A diferencia de todo lo demás en este resumen, estos están compuestos primariamente por enlaces covalentes (ver Química Ingreso). Hay polímeros, formados por moléculas

Lineales/ramificadas(termoplásticos), reticuladas(Termoestables/duroplásticos) o entrecruzadas(elastómeros).

Manufactura

(14)

Soplado:

Anexo: Cerámicos

Aún No.

Anexo: Cojinetes

Cojinetes por Deslizamiento

Hay dos tipos principales de Lubricación:

Natural, y Forzada (con bomba de aceite, o algo por el estilo. Para cargas pesadas). El material usado para el Árbol y el Cojinete deben resistir el medio acido causado por los lubricantes. Se quiere que el desgaste ocurra sobre el buje, no el árbol. Este es más fácil de cambiar.

Antes de comenzar las revoluciones hay mucha fricción, cuando comienza rodar se disminuye hasta llegar al punto cuña cuando deja de haber fricción entre el árbol y el cojinete. El punto cuña lo regulas con la luz entre el árbol y el cojinete.

Cojinetes por Rodadura

(Rodamientos)

Informalmente conocidos como rulemánes, estos tienen varias ventajas sobre los cojinetes por deslizamiento. Están muy estandarizados los tamaños y algunos hasta tienen capacidad de absorber

desalineaciones. Ventajas: Rozamiento escaso, Menor uso de lubricante, capacidad de absorber

desalineaciones y menor generación de calor.

Desventaja: Precio.

Clasificación de Rodamientos

Rodamientos para cargas radiales: Soportan cargas perpendiculares al eje de rotación:

Rodamientos para cargas axiales: Soportan cargas que actúan únicamente en dirección del eje de rotación. Rodamientos para cargas mixtas: Pueden soportar esfuerzos radiales y axiales.

Rodamientos para Cargas Axiales

Rodamientos axiales de Bola de Simple Efecto: No soportan velocidades

altas y necesitan una carga axial mínima. Tienen la ventaja de ser fácilmente desmontables.

Rodillo cilíndrico y de aguja axiales:

Soportan más carga que los de bola. Se puede compactar el diseño aún más

trabajando sin jaula de alojamiento (sin la parte rayada).

Rodamientos axiales de rodillos

esféricos: Tienen gran ángulo de contacto y permiten algún erro de alineación o flexión del árbol.

Rodamientos para Cargas Radiales

Rodamientos de rodillos cilíndricos: Son desmontables y soportan cargas radiales MUY elevadas. Baja capacidad de carga axial. Se puede tener más de una hilera para soportar más carga. Rodamientos

radiales de aguja: Cilindros alargados con diámetro chico. Adecuados para grandes cargas radiales con reducido espacio y gran precisión en el

centrado. Se puede hasta tener rodamientos de agujas sin aro interior

(dado un eje rectificado y cementado) cuando se requiere un espacio radial reducido. Jaula de agujas: Para reducir aún más espacio,

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Rodamientos para Cargas Mixtas

Rodamientos Rígidos de Bolas: No absorben desalineaciones. Soportan cargas axiales y radiales a altas velocidades. Uso general. Rodamientos de bolas con contacto angular: Soportan grandes cargas axiales en un solo sentido. (Ver montajes) Rodamientos de bolas a rótula: Se adapta a la desalineación.

Rodamientos de rodillos a rótula: Soportan cargas axiales grandes y se adaptan a

desalineaciones con facilidad.

Rodamientos de rodillos cónicos: Resisten velocidades relativamente elevadas.

Soportan cargas axiales en una dirección.

Cuanto más grande es el ángulo de contacto, más capacidad de carga axial.

Montajes (contacto angular)

Montaje Espalda-Espalda:

Para poder soportar carga axial en ambos sentidos. Montaje Cara-Cara:

Proposito igual que el Espalda-Espalda. Montaje Tandem: Soporta mayor carga axial en un solo sentido.

Disposición Ajustados

Ajustados en O Ajustados en X

Anexo: Estándares de Elementos Roscados

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Referencias

  1. perro
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