Diseño mecánico de una máquina universal de ensayos para polímeros

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(1)DISEÑO MECÁNICO DE UNA MÁQUINA UNIVERSAL DE ENSAYOS PARA POLÍMEROS. PAULA ANDREA GALLEGO BOTERO ROLANDO FERNEY CLAROS CLAROS. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA FACULTAD DE TECNOLOGÍAS ESCUELA DE TECNOLOGÍA MECÁNICA PEREIRA - RISARALDA NOVIEMBRE DE 2007. 1.

(2) DISEÑO MECÁNICO DE UNA MÁQUINA UNIVERSAL DE ENSAYOS PARA POLÍMEROS. PAULA ANDREA GALLEGO BOTERO ROLANDO FERNEY CLAROS CLAROS. Proyecto de grado para optar al título de Tecnólogo Mecánico. Director del proyecto de grado: GONZALO TRUJILLO SANTACOLOMA Tecnólogo Mecánico. UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA FACULTAD DE TECNOLOGÍAS ESCUELA DE TECNOLOGÍA MECÁNICA PEREIRA - RISARALDA NOVIEMBRE DE 2007. 2.

(3) Nota de aceptación. _______________________________ _______________________________. _______________________________. _______________________________. _______________________________. _______________________________. _______________________________ _______________________________. _______________________________. Firma del presidente del jurado.. _______________________________. Firma del jurado.. _______________________________. Firma jurado.. Pereira 13 de Noviembre del 2007.. 3.

(4) AGRADECIMIENTOS. Damos gracias a Dios por habernos concedido la oportunidad de haber compartido durante estos años de estudio, la alegría de. estar con nuestros. compañeros y profesores, quienes nos brindaron conocimientos y ratos agradables. A nuestros Padres: María Consuelo Botero Botero, Wilson Gallego, Gustavo Claros, Romelia Claros porque sin escatimar esfuerzo alguno, han sacrificado una parte de su vida para formarnos y porque nunca podremos pagar todos sus desvelos, por lo que somos y por todo el tiempo que les robamos pensando en nosotros. A Gustavo A. Claros, Luis Andrés Meneses, Gloria Meneses y Olga Patricia Osorio quienes fueron una fuente de apoyo durante toda mi vida de estudiante universitario y quienes me dieron no tan solo un apoyo económico sino un apoyo moral para poder salir adelante. A Oscar Gómez por comprenderme y dar lo mejor de sí mismo sin esperar nada a cambio, por escucharme y brindarme ayuda cuando fue necesario. Gracias al tecnólogo en mecánica Gonzalo Trujillo Santacoloma por su apoyo educativo y moral, a la Ingeniera Luz Adriana Cañas, quienes nos asesoraron durante la realización del proyecto Finalmente agradecemos a todos los familiares y amigos que directa o indirectamente contribuyeron a la realización de este proyecto.. 4.

(5) CONTENIDO Pág.. INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………... 14. 1 FUNDAMENTOS TEÓRICOS PARA LA INTERPRETACION DE LOS DATOS OBTENIDOS EN LOS ENSAYOS……………………………………. 16. 1.1 DIAGRAMA DE TENSIÓN-DEFORMACIÓN. 15. 1.1.1 parámetros relacionados con el diagrama tensión-deformación. 17. 1.2 CLASES DE PROBETAS PARA POLÍMEROS. 21. 1.3 PROPIEDADES TÍPICAS DE ALGUNOS POLÍMEROS. 24. 1.4 DESIGNACIÓN DE LA VELOCIDAD DE PRUEBA. 25. 1.5 POSIBLES FALLAS EN LA PRUEBA. 26. 1.6 UNIDADES. 26. 2.0 FUNCIONAMIENTO DE UNA MÁQUINA UNIVERSAL DE ENSAYOS. 27. 2.1 CLASIFICACIÓN. 27. 2.1.1 Según su estructura. 27. 2.1.2 Según el accionamiento. 28. 2.2 PARTES DE LA MÁQUINA UNIVERSAL DE ENSAYOS MONOESPACIO Y DE ACCIONAMIENTO MECÁNICO.. 30. 3. MÉTODOS DE ENSAYOS EN LA MÁQUINA UNIVERSAL………………... 31. 3.1 ENSAYO DE TRACCIÓN. 31. 3.2 ENSAYO DE COMPRESIÓN. 34. 3.3 DESARROLLO DE LA PRUEBA DE TRACCIÓN BAJO LA NORMA 35 ASTM D638. 5.

(6) 4. CARACTERÍSTICAS DE MATERIALES POLIMÉRICOS……………………. 37. 4.1 PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS POLÍMEROS REALES. 38. 4.2 SELECCIÓN DE MATERIALES A UTILIZAR EN LAS PROBETAS PARA ENSAYOS DE TRACCIÓN Y COMPRESIÓN 40 4.2.1 Polietileno. 40. 4.2.2 Polipropileno. 41. 5. DISEÑO DE LA MÁQUINA UNIVERSAL DE ENSAYOS……………………. 44. 5.1 DISEÑO DEL TUBO. 51. 5.2 SOLDADURA. 54. 5.3 DISEÑO DE TORNILLOS PARA LAS MORDAZAS. 57. 5.4 GUÍAS DE LA MORDAZA. 61. 5.5 GUÍA SUPERIOR. 62. 5.6 CÁLCULO DEL TORNILLO DE POTENCIA. 64. 5.7 DISEÑO DE TUERCA PARA TORNILLO DE POTENCIA. 70. 5.8 GUÍA MÓVIL. 71. 5.9 GUÍA INFERIOR. 71. 5.10 EJE PARA ALINEAR LAS GUÍAS. 74. 5.11 CARCASA. 74. 5.12 MOTORREDUCTOR. 75. 5.13 CÁLCULO DE CHAVETA PARA ACOPLAR EL MOTOR. 78. 5.14 CELDA DE CARGA. 80. 5.15 ESPARRAGO PARA UNIR LA CELDA DE CARGA CON LA MORDAZA FIJA. 82. 6.

(7) 5.16 VARIABLE SPEED DRIVE O VARIADOR DE VELOCIDAD. 83. 5.17 CÁLCULO DE ESTRUCTURA. 86. 6. COSTOS DE MATERIALES PARA LA CONSTRUCCIÓN DE LA 108 MÁQUINA UNIVERSAL DE ENSAYOS PARA POLÍMEROS……………….…. 7. CONCLUSIONES……………………………………………………………........ 110 8. RECOMENDACIONES…………………………………………………………… 111 9. BIBLIOGRAFIA…………………………………………………………………….. 7. 112.

(8) LISTA DE FIGURAS. Pág. Figura 1. Diagrama tensión-deformación.. 16. Figura 2. Área inicial transversal de la probeta. 17. Figura 3. Estricción, o estrechamiento súbito, de una probeta de plástico en la rotura. 19. Figura 4. Clases de probetas. 21. Figura 5. Grueso máximo de la probeta. 22. Figura 6. Máquina Universal Mono-espacio. 27. Figura 7. Máquina Universal doble-espacio. 28. Figura 8. Accionamiento mecánico. 29. Figura 9. Máquina Universal de Ensayos para polímeros. 30. Figura 10. Diagrama esfuerzo-deformación de materiales dúctiles en tensión. 32. Figura 11. Propiedades mecánicas de los polímeros. 38. Figura 12. Orientación de las fibras para una optima resistencia a la tensión. 39. Figura 13. Probeta tipo I en polietileno y polipropileno. 44. Figura 14. Dimensiones del tubo. 51. Figura 15. Dimensiones del área a aplicar la soldadura. 55. Figura 16. Garganta de soldadura. 56. Figura 17. Posicionamiento del tornillo en las mordazas. 57. Figura 18. Dimensiones del tornillo para las mordazas. 61. Figura 19. Guía superior. 62. 8.

(9) Figura 20. Dimensiones buje guía superior. 62. Figura 21. Esquema de un tornillo Rosca Acme. 64. Figura 22. Sección de una hélice del tornillo de potencia.. 64. Figura 23. Ángulo de hélice. 65. Figura 24. Tipo de fuerza aplicada sobre el diente de la rosca. 67. Figura 25. Dimensiones de la tuerca. 70. Figura 26. Guía móvil. 71. Figura 27. Guía inferior. 72. Figura 28. Dimensiones buje guía inferior. 72. Figura 29. Dimensiones del eje para alinear las guias. 74. Figura 30. Dimensiones de la carcasa. 74. Figura 31. Motoreductor. 75. Figura 32. Alimentación de la celda de carga. 80. Figura 33. Dimensiones del esparrago. 82. Figura 34. Estructura. 86. Figura 35. Dimensiones de la placa superior. 86. Figura 36. Diagrama de cuerpo libre de la placa superior. 87. Figura 37. Posición de la fuerza total en el centroide de la placa. 88. Figura 38. Analisis estático para la placa. 89. Figura 39. Ubicación del eje neutro. 90. Figura 40. Ubicación de los pernos sobre la placa superior. 96. Figura 41. Análisis de fuerzas cortantes. 98. Figura 42. Translacion de fuerzas y momentos 9. 101.

(10) Figura 43. Ubicación de los pernos sobre la placa inferior de anclaje. 10. 103.

(11) LISTA DE TABLAS. Pág. Tabla 1. Dimensiones para el espesor, mm (in.). 22. Tabla 2. Propiedades típicas de algunos polímeros.. 24. Tabla 3. Designación de la velocidad de prueba.. 25. Tabla 4. Unidades. 26. Tabla 5. Definición de materiales.. 37. Tabla 6. Propiedades mecánicas del polietileno.. 41. Tabla 7. Propiedades mecánicas del polipropileno.. 43. Tabla 8. Posibles costos de los materiales. 108. Tabla 9. Gastos de proceso de diseño.. 109. 11.

(12) LISTA DE ANEXOS. Pág. Anexo 1. 114. Anexo 2. 115. Anexo 3. 116. Anexo 4. 117. Anexo 5. 118. Anexo 6. 119. Anexo 7. 120. Anexo 8. 121. Anexo 9. 122. Anexo 10. 123. Anexo 11. 126. Anexo 12. 127. Anexo 13. 128. Anexo 14. 129. Anexo 15. 130. Anexo 16. 131. Anexo 17. 133. Anexo 18. 134. Anexo 19. 135. Anexo 20. 136. 12.

(13) Anexo 21. 137. Anexo 22. 138. Anexo 23. 140. Anexo 24. 141. Anexo 25. 142. 13.

(14) INTRODUCCIÓN El diseño es un proceso de ingeniería donde se genera toda una documentación tecnológica con el fin de producir un componente o máquina para su posterior desarrollo. El estudio realizado durante la ejecución de este trabajo ha dado como resultado un documento que presenta los principales criterios para el diseño de una Máquina Universal de Ensayos para materiales sintéticos. El diseño de este equipo presenta una posible solución para uno de los muchos problemas que se observan en las empresas, principalmente en el área de control de calidad de los productos. Uno de los puntos más críticos radica en la carencia de laboratorios de ensayos, lo cual impide realizar un seguimiento a las piezas para obtener una información estable y verídica en cuanto a la caracterización de las mismas. que arroje datos para analizar las propiedades mecánicas de los. elementos producidos en cada proceso de fabricación. Este trabajo se ha centrado en el ensayo aplicado para determinar la resistencia mecánica de los elementos listos para salir al mercado con el fin de garantizar las especificaciones para las cuales fueron diseñados,. mediante la propuesta. tecnológica de diseño del equipo empleado en dichos ensayos de caracterización. En nuestro medio, las industrias que fabrican piezas de materiales sintéticos se basan en datos empíricos para comprobar las características mecánicas de los materiales ya que no cuentan con cálculos ni datos específicos para el diseño y la producción de las piezas, por lo cual se recomienda la realización de pruebas de caracterización a los productos, principalmente una prueba de resistencia mecánica debido a que en su uso muchos de los elementos a base de materiales sintéticos son sometidos a esfuerzos de tracción o compresión.. 14.

(15) En el actual proyecto se propone que en el transcurso de la producción se tomen muestras para ser llevadas a un laboratorio donde se corrobore la calidad del material, así se puede evitar la salida al mercado de productos defectuosos contribuyendo al desarrollo económico y a un incremento en la calidad de los procesos. El diseño mecánico que se presenta en este documento es lo más específico posible para que sea factible la construcción del equipo ya que la adquisición de una máquina con una alta tecnología acarrea altos costos para las empresas que trabajan la rama de materiales sintéticos. Esta máquina prueba la resistencia mecánica de elementos tanto laminares como de mucho más espesores. El desarrollo de este trabajo contribuye con el fortalecimiento de las actividades docentes e investigativas de la Escuela de Tecnología Mecánica, ya que a futuro se espera contar con un laboratorio de polímeros, dentro del cual es necesario un equipo para la caracterización mecánica de materiales poliméricos, similar al propuesto en este trabajo de diseño, dejando como base la primera fase para su posterior construcción e implementación. Además de lo anterior, se abriría la posibilidad de dar un acompañamiento a las empresas de la región en cuanto al mejoramiento del control de calidad de sus productos.. 15.

(16) 1. FUNDAMENTOS TEÓRICOS PARA LA INTERPRETACIÓN DE LOS DATOS OBTENIDOS EN LOS ENSAYOS DE TRACCIÓN Y COMPRESIÓN.. 1.1 DIAGRAMA DE TENSIÓN-DEFORMACIÓN [1] La resistencia de un material no es el único criterio a tener en cuenta en el momento del ensayo, frecuentemente, la rigidez suele tener la misma o mayor importancia. En menor grado, otras propiedades tales como la dureza, la tenacidad y la ductilidad también influyen en la clasificación de un material. Estas propiedades se determinan comparando los resultados obtenidos en los ensayos, con los establecidos (Tabla. 2). Con el diagrama tensión-deformación (Figura 1.) se observa simultáneamente la carga y el alargamiento de una determinada longitud de la probeta, los resultados se suelen representar en una gráfica en el que en ordenadas se llevan las fuerzas o cargas y en las abscisas los correspondientes alargamientos o deformaciones.. Figura 1. Diagrama tensión-deformación.. 16.

(17) 1.1.1 Parámetros relacionados con el Diagrama Tensión-Deformación Los parámetros que a continuación se nombran se deben tener en cuenta a la hora de brindarle una apropiada interpretación de la prueba realizada.. Área inicial (A0) Es el área transversal de la parte de la probeta que se va a someter a cualquier esfuerzo antes de realizar la prueba, tal como se muestra en la figura 2. (1.1) Figura 2. Área inicial transversal de la probeta. DEFORMACIÓN Cuantifica el cambio de tamaño o forma de un cuerpo debido a la aplicación de una o más fuerzas sobre el mismo. El valor de la deformación (!), es el coeficiente del alargamiento (") por la longitud (L) en la que se ha aplicado una fuerza. (1.2) La expresión correcta de la deformación en cualquier punto de la probeta es representada de la siguiente forma: (1.3) La anterior expresión determina el valor medio de la deformación en una longitud tan pequeña (dL) que puede considerarse constante en dicha longitud. No. 17.

(18) obstante, y en ciertas condiciones, se puede suponer que la deformación es constante y aplicar la expresión (1.2). Las condiciones a tener en cuenta son: 1- El elemento sometido a tracción debe tener una sección recta constante. 2- El material debe ser homogéneo. 3- La fuerza o carga debe ser axial y debe producir una tensión uniforme. LÍMITE DE PROPORCIONALIDAD En la Figura 1 se observa que, desde el origen 0 hasta el punto llamado límite de proporcionalidad, el diagrama tensión-deformación es un segmento rectilíneo. El límite de proporcionalidad tiene una gran importancia, ya que el comportamiento de los sólidos elásticos está basado en la proporcionalidad entre tensiones y deformaciones. También proporciona una primera indicación de por qué debe ser el límite de proporcionalidad y no la tensión de rotura la máxima a la que un material puede ser sometido. LÍMITE DE ELASTICIDAD También llamado límite elástico, es la tensión más allá de la cual el material no recupera totalmente su forma original al ser descargado.. PUNTO DE FLUENCIA O PLASTICIDAD PERFECTA Durante esta fase el material se deformará plásticamente, con lo que al retirar la fuerza ya no regresará a su forma original, a partir de allí suele referirse al material como perfectamente plástico.. TENSIÓN DE ROTURA También llamado resistencia a la rotura, es la máxima ordenada de la curva tensión-deformación.. 18.

(19) RESILIENCIA Es una medida de la cantidad de energía que puede absorber un material antes de que comience la deformación plástica. Se indica mediante el área bajo la curva del diagrama tensión-deformación en la región lineal o de deformación elástica.. ESTRICCIÓN Es la etapa en la cual el material concentra la deformación sobre una región específica con lo que se verá más angosto en una región localizada como se observa en la figura 3, por lo tanto, la fuerza soportada disminuirá y finalmente el material llegará a la fractura (fallo). El esfuerzo de fractura se denota por el signo . Figura 3. Estricción o estrechamiento súbito de una probeta de plástico en la rotura. [2]. LEY DE HOOKE La pendiente de la recta de la figura 1 muestra la relación entre la tensión y la deformación; se llama módulo de elasticidad y se representa por la letra E. La Pendiente de la línea tensión-deformación que está entre el origen y el límite de proporcionalidad es representada de la siguiente forma: (1.4) Donde: #: esfuerzo obtenido en la prueba !: deformación de la probeta. 19.

(20) Otra forma de la expresión de la ley de Hooke muy conveniente a veces, es la que se obtiene al sustituir: (1.5) Donde: P: fuerza aplicada en la prueba, como se observa en la figura 2. A: área transversal de la probeta (1.6) Donde: ": Alargamiento o deformación. " = Lf – L Lf: longitud final de la probeta en el momento de ruptura. L: longitud inicial de la probeta, como se observa en la figura 2.. Al reemplazar las ecuaciones 1.5 y 1.6 en la ecuación 1.4 se obtiene: (1.7) Se necesita hallar valor del alargamiento , por lo tanto se puede tener en cuenta este procedimiento: (1.8). (1.9). La expresión (1.9) relaciona el alargamiento " con la fuerza o carga aplicada, la longitud de la barra, el área de la sección recta y el modulo de elasticidad.. 20.

(21) De la Ecuación 1.8 hay que tener en cuenta las siguientes hipótesis: 1- la carga ha de ser axial 2- la barra debe ser homogénea y de sección constante 3- la tensión no debe sobrepasar el límite de proporcionalidad.. 1.2. CLASES DE D638. PROBETAS PARA POLÍMEROS SEGÚN NORMA ASTM. Según la norma ASTM D638 (Standard test Method for Tensile Properties of Plastics) existen cinco tipos de probetas, las cuales tienen características diferentes en sus dimensiones y cada tipo depende del material del que son fabricadas, las probetas tipo I, II, III, IV y V se pueden fabricar en polímeros rígidos y semirrígidos, además las probetas III y IV también se pueden fabricar de polímeros no rígidos, a continuación se presentará los tipos y dimensiones que ostentaran cada una de las probetas.. Figura 4. Clases de probetas [3]. A continuación se presentan las tablas que muestran las dimensiones de las probetas para espesores (T) en milímetros y en pulgadas.. 21.

(22) Tabla 1. Dimensiones de las probetas con respecto al espesor (T), (0.28) Dimensiones Tipo I. (in) [3]. (0.16) Tolerancias. (0.28-0.55) Incl. Tipo II Tipo III. W- Ancho de la sección L- Longitud de sección estrecha WO- Ancho,. 13(0.50) 6(0.25). 19(0.75). 6(0.25). 3.18(0.125). 57(2.25) 19(0.75) 165(6.5) 50(2.00) XXX. 57(2.25) 29(1.13) 246(9.7) 50(2.00) XXX. 33(1.30) 19(0.75) 115(4.5) XXX 25(1.00). 9.53(0.375) 9.53(0.375) 63.5(2.5) 7.62(0.300) XXX. 115(4.5) 76(3.00) XXX. 25.4(1.00) 65(2.5) 14(0.56) 12.7(0.5) 25(1.00) XXX. 57(2.25) 19(0.75) 183(7.2) 50(2.00) XXX. LO- Largo, G- Longitud G- Longitud 115(4.5) 135(5.3) D- Distancia entre mordazas 76(3.00) 76(3.00) R- Radio del filete XXX XXX RO- Radio exterior(Tipo IV). ±0.6( ) No máx. ±0.13(. ). ±5(=0.2) ±1(=0.04). Las siguientes convecciones corresponden a la tabla 1. (Dimensiones de las probetas con respecto al espesor), estas explican con más claridad las dimensiones con sus respectivas tolerancias, las cuales dependen del proceso por el cual se fabrican las probetas. A. : El ancho Wc estará entre +0.00 mm y -0.10 mm (+0.00 in. y 0.004 in.) Comparando con el ancho W en otras partes de la sección reducida, cualquier reducción en W en el centro será gradual, igualmente en cada lado de modo que no resulten cambios precipitados en la dimensión. B. : Para las probetas moldeadas, se permite una tolerancia no mayor de 0.13 mm (0.005 in.), para probeta tipo I o probeta tipo II se puede permitir 3.2 mm (0.13 in.) de espesor y este debe ser considerado para calcular el ancho de la probeta así el grueso máximo de la probeta tipo I podría ser el siguiente:. Figura 5. Grueso máximo de la probeta [3]. 22.

(23) C. : Marca o palmo inicial del extensómetro.. D. : El grueso denotado como T debe ser entre 3.2±0.4 mm (0.13±0.02 in.) para todos los tipos de probeta moldeadas y para otras probetas de tipo I y probeta tipo II el grueso puede ser 14 mm (0.55 in.) las probetas serían trabajadas a máquina hasta 14±0.4 mm (0.55±0.02 in.). Para la probeta tipo III el grueso nominal estará entre 14 y 51 mm (0.55 y 2 in.). E. : El largo total de una probeta puede ser mayor que el mínimo indicado para evitar la rotura en las mordazas. F. : El largo total de una probeta puede ser mayor que el mínimo indicado para evitar la rotura en las mordazas o satisfacer requisitos especiales de la prueba. G. : Para la probeta tipo IV, el ancho interior será 6.00±0.05 mm (0.250±0.002 in.). H. : Cuando las mordazas son auto-sujetadoras se usan para los polímeros altamente extensibles, la distancia entre los sujetadores dependerá de los tipos de sujetadores usados. I. : la probeta tipo V será trabajado a máquina o corte de dado a las dimensiones mostradas o moldeadas en un molde cuyas dimensiones serán: W. = 3.18±0.03 mm (0.125±0.001 in.),. L. = 9.53±0.08 mm (0.375±0.003 in.),. G. = 7.62±0.02 mm (0.300±0.001 in.), y. R. = 12.7±0.08 mm (0.500±0.003 in.).. 23.

(24) 1.3. PROPIEDADES TÍPICAS DE ALGUNOS POLÍMEROS. Los polímeros tienen una serie de importantes cualidades, que unidas a su costo relativamente bajo, explican su amplia utilización en ingeniería. En la Tabla 2 se puede observar algunas de sus propiedades: Tabla 2. Propiedades típicas de algunos polímeros.. Resistencia Máxima. Tipo Material (k) Fenol-formaldehido Calidad X (b) (1) Calidad XX (b) (1) Calidad C (b) (1) Calidad C (b) (1) Rellenador harina de madera (p) Urea-formaldehido Policloruro de vinilo Policloruro d vinilo n Polimetacrilato de metilo Poliestireno (f) Poliamida (m) Acetato de celulosa Polietileno (f) Politetrafluoretileno (m) Cloruro de polivinilideno Policlorotrifluoretileno Polipropileno. Su. Resistencia Máxima a compresión Suc. Resistencia Alargami ento en flexión. (%) Sf (r) (g). Kg/cm2. ksi. Kg/cm2. ksi. Kg/cm2. TS TS TS TS. 948 597(d) 527(d) 421(d). 14 8.5(d) 7.5(d) 6(d). 2460 1406 1406 1054. 35 20 20 15. 1617 23 1054(e) 15(e) 1195(e) 17(e) 703(e) 10(e). TS TS TP TP TP TP TP TP TP TP TP TP TP. 421(f) 632 562 562 562 351 829(s) 316 119 267(u) 351 421 428.3. 6(f) 9 8 8 8 5 11.8(s) 4.5 1.7 3.8(u) 5 6 6.1. 1687 1757 703 914 984 808 344(q) 1406 28(m) 126(t) 168 351 387.5. 24 25 10 13 14 11.5 4.9(q) 20 0.4(m) 1.8(t) 2.4 5 5.5. 632(f) 703 XXX XXX 632 421 970 XXX 119 140 XXX XXX. ksi. 9(f) 10 XXX XXX 9 6 13.2 XXX 1.7 2 XXX XXX. XXX XXX XXX XXX 0.48-0.8 0.6 30 10 8 1.2 60(s) 20 30-500 100-200 200 200 100-600. Módulo de Elasticidad E. Peso Específico (h). Kg/cm2×105 Psi×105 0.281-1.406 4-20 0.281-1.406 4-20 0.246-1.054 3.5-1.5 0.246-1.054 3.5-1.5 0.703 1.054 0.210 0.562 0.281 0.035 0.246 0.140 0.010 0.042 0.049 0.175 0.163. 10 15 3 8 4 0.5 3.5 2 0.15 0.6 0.7 2.5 2.3. 1.35 1.35 1.35 1.65 1.4 1.45 1.2 1.41 1.16 1.06 1.14 1.27 0.92 2.2 1.7 2.1 0.95. Las siguientes convecciones corresponden a la tabla 2 (Propiedades típicas de algunos polímeros): d = para diámetros de 8.45 a 25.4 mm. Reducir el 15% para tamaños de 25.4 a 50.8 mm. e = para diámetro de 3.17 a 25.4 mm (1/8 a 1 in.) f = valores mínimos g = resistencia a la flexión h = peso específico L = laminado m = resistencia a la fluencia n = no plastificado. 24.

(25) s = a 22.8°C (73°F) TP = Termo plástico TS = Termo estable u = rotura. 1.4. DESIGNACIÓN DE LA VELOCIDAD DE PRUEBA [3]. La velocidad de la prueba será el índice relativo del movimiento de las mordazas y la rapidez con la cual se ensayarán las probetas durante la prueba. La velocidad se debe elegir dependiendo del tipo de material y el tipo de probeta como se muestra en la Tabla3.. Tabla 3. Designación de la velocidad de prueba bajo la Norma ASTM D638 Clasificación. tipo. velocidad mm/min (in/min). Rígidos y semirrígidos. I, II, III. 5 (0.2) ± 25 % 50 (2) ± 10 % 500 (20) ± 10 % 5 (0.2) ± 25 % 50 (2) ± 10 % 500 (20) ± 10 % 1 (0.05) ± 25 % 10 (0.5) ± 25 % 100 (5) ± 25 % 50 (2) ± 10 % 500 (20) ± 10 % 50 (2) ± 10 % 500 (20) ± 10 %. IV V No rígidos. III IV. Tensión nominal inicial mm/mm min 0.1 1 10 0.15 1.5 15 0.1 1 10 1 10 1.5 15. Seleccione la velocidad más baja que produzca ruptura entre 0.5 y 5 minutos usando la geometría de la probeta.. 25.

(26) 1.5. POSIBLES FALLAS EN LA PRUEBA. A continuación se muestran las posibles causas por las cuales la prueba podría presentar irregularidades y además originaria una deficiente interpretación de los datos obtenidos por lo cual no se le proporcionará al material una adecuada caracterización. Superficie de defectuosa con rasguños, marcas, etc. Las marcas en las probetas deben ser de creyón o tinta pues si se marcan profundamente puede afectar la resistencia del material. Atmósfera y humedad relativa no apropiadas. Errores de calibración. Mala elección de velocidad. Discontinuidad de la aplicación de la fuerza. Inadecuada sujeción de las probetas.. 1.6. UNIDADES. Esta sección proporciona información sobre las unidades de medida más comunes en el desarrollo de este proyecto, se debe tener en cuenta las conversiones del sistema métrico a sistema inglès ya que muchas veces las medidas no se dan en un sistema específico.. Tabla 4. Unidades UNIDADES DIMENSIÓN Área Fuerza. MÉTRICO 1 m2 = 104 cm2 = 106 mm2 = 10-6 Km2 1 N = 1 Kg. m/s2 1 Kgf = 9.80665 N. Longitud. 1 m = 100 cm = 1000 mm 1Km = 1000 m. Esfuerzos. 1 Pa = 1 N/m2. 26. METRICO/INGLÉS 1 m2 = 1550 in2 = 10.764 pie2 1 ft2 = 144 in2 1 lbf = 32.174 lbm. Pie/s2 1 lbf =1.44822 N 1 N = 0.22481 lbf 1 m = 39.370 in = 3.2808 pie 1 pie = 12 in = 0.3048 m 1 in = 2.54 cm 1 Pa = 0.020886 lbf/pie2 = 1.4504 × 10-4 psia.

(27) 2. FUNCIONAMIENTO DE UNA MÁQUINA UNIVERSAL DE ENSAYOS. En ingeniería se denomina máquina universal a una máquina semejante a una prensa con la que es posible someter materiales a ensayos de tracción y compresión para medir sus propiedades. La presión se logra mediante placas o mandíbulas accionadas por tornillos o un sistema hidráulico.. 2.1 CLASIFICACIÓN Se clasifican según su estructura y su tipo de accionamiento.. 2.1.1 Según su estructura [4] Mono espacio: Como se observa en la Figura 6 esta estructura posee dos puentes (1) y dos columnas (2) que los comunican. En los dos puentes se pueden ensamblar los aditamentos que se necesitan para fijar el material de ensayo (3) y así poder realizar las pruebas de tracción o compresión. Figura 6. Máquina Universal Mono-espacio. 27.

(28) Doble espacio: Como se observa en la Figura 7 esta estructura posee un sistema inversor (3) y un sistema fijo (2) que forman una estructura de tres puentes y cuatro columnas. El inversor tiene dos puentes (1) y dos columnas (3), las columnas del inversor son totalmente independientes del otro sistema. El sistema fijo se compone de un puente y dos columnas (2) que van fijas a una carcasa (5) que soporta todo el armazón. Figura 7. Máquina Universal doble-espacio. 2.1.2 Según el accionamiento [4] Accionamiento hidráulico: Este accionamiento se puede observar en la Figura 7 donde la fuerza se aplica por medio de un sistema de bomba (6) y cilindro (7).. 28.

(29) Accionamiento mecánico: Este accionamiento se puede observar en la Figura 8 donde los dispositivos pueden ser de motor (1), tornillo (2), cadena (3), palanca (4), probeta (5), mordaza superior (6) y mordaza inferior (7). Figura 8. Accionamiento mecánico. De los tres modelos propuestos anteriormente se selecciona para este proyecto una Máquina Universal de Ensayos con accionamiento mecánico y de estructura mono espacio, pues este diseño es más elemental y no ocupará mucho espacio dentro del laboratorio, además las ventajas económicas, ya que no genera muchos gastos a la hora de construirla.. 29.

(30) 2.2 PARTES DE LA MÁQUINA UNIVERSAL DE ENSAYOS MONOESPACIO Y DE ACCIONAMIENTO MECÁNICO.. Figura 9. Máquina Universal de Ensayos para polímeros. Mordaza fija (superior) (4): un miembro fijo o esencialmente inmóvil es aquel que lleva una mordaza ubicado en la parte superior de la máquina Mordaza móvil (inferior) (5): un miembro móvil es aquel que lleva una segunda mordaza ubicado en la parte inferior de la máquina, el cual va a tener un desplazamiento vertical hacia abajo. Mecanismo de arrastre: le da movimiento y velocidad constante a la mordaza móvil con respecto a la mordaza fija, y consta de un motor (3), el sistema reductor de velocidad corona sinfín (2) y tornillo de potencia (1). Probetas: Es el espécimen al cual se la va a medir la resistencia a la tracción.. 30.

(31) 3. MÉTODOS DE ENSAYOS EN LA MÁQUINA UNIVERSAL. Las propiedades mecánicas de los materiales son las características inherentes que permiten diferenciar un material de otros desde el punto de vista del comportamiento mecánico en ingeniería; entre estas características mecánicas destacan: la resistencia a esfuerzos, el desgaste, la dureza, la resiliencia, etcétera. Debido a que cada material se comporta diferente, es necesario analizar su comportamiento mediante pruebas experimentales. Entre las propiedades mecánicas más comunes que se miden en los materiales están la resistencia a tracción, a la compresión, la deformación, el coeficiente de Poisson y el módulo de elasticidad o módulo de Young. El presente proyecto se centró en la propiedad mecánica de resistencia a la tracción, debido a que en la práctica los elementos producidos con base en materiales sintéticos son sometidos a este tipo de esfuerzo, mientras que el ensayo a la compresión no es tan utilizado en la industria por su poca aplicabilidad ya que los elementos no se fracturan bajo dichas condiciones.. 3.1 ENSAYO DE TRACCIÓN El ensayo se realiza en una Máquina Universal y la operación consiste en someter una probeta a una carga monoaxial gradualmente creciente (es decir, estática) hasta que ocurra la falla. Las probetas para ensayos de tensión se fabrican en una variedad de formas. La sección transversal de la probeta puede ser redonda, cuadrada o rectangular. Para la mayoría de los casos, en polímeros, se utiliza comúnmente una probeta de sección rectangular. Para láminas y placas usualmente se emplea una probeta plana. La transición del extremo a la sección reducida debe hacerse por medio de un bisel adecuado para reducir la concentración de esfuerzos causados por el cambio brusco de sección. El esfuerzo axial # en el espécimen de prueba (probeta) se calcula dividiendo la carga (P) entre el área de la sección transversal (A):. 31.

(32) (3.1). Cuando en este cálculo se emplea el área inicial de la probeta, el esfuerzo resultante se denomina esfuerzo nominal (esfuerzo convencional o esfuerzo de ingeniería). Se puede calcular un valor más exacto del esfuerzo axial, conocido como esfuerzo real. La deformación unitaria axial medida se determina a partir del alargamiento medido “"” entre las marcas de calibración, al dividir el alargamiento entre la longitud calibrada L. Si se emplea la longitud calibrada inicial se obtiene la . deformación unitaria. (3.2). En la figura 10 se muestra el diagrama esfuerzo deformación representativo de los materiales dúctiles o materiales poliméricos. El diagrama empieza con una línea recta desde 0 (cero) hasta A. En esta región, el esfuerzo y la deformación son directamente proporcionales, y se dice que el comportamiento del material es lineal. Después del punto A ya no existe una relación lineal entre el esfuerzo y la deformación, por lo que el esfuerzo en el punto A se denomina límite de proporcionalidad. La relación lineal entre el esfuerzo y la deformación puede expresarse mediante la ecuación # = E! donde E es una constante de proporcionalidad conocida como el módulo de elasticidad del material. El módulo de elasticidad es la pendiente del diagrama esfuerzo-deformación en la región linealmente elástica y su valor depende del material particular que se utilice. Figura 10. Diagrama esfuerzo-deformación de materiales dúctiles en tensión. 32.

(33) En la Figura 10 se muestran dos tipos de gráficas, una punteada que se refiere a la curva real de los materiales sometidos a este ensayo y una con línea continua que representa la curva ingenieril del material. La ecuación # = E$ se conoce comúnmente como ley de Hooke. Al incrementar la carga más allá del límite de proporcionalidad, la deformación empieza a aumentar más rápidamente para cada incremento de esfuerzo. La curva de esfuerzo deformación asume luego una pendiente cada vez más pequeña, hasta que el punto B de la curva se vuelve horizontal. A partir de este punto se presenta un alargamiento considerable, con un incremento prácticamente inapreciable en la fuerza de tensión (desde B hasta C en el diagrama). Este fenómeno se conoce como cedencia o fluencia del material, y el esfuerzo en el punto B se denomina esfuerzo de cedencia o punto de cedencia (o bien, esfuerzo de fluencia o punto de fluencia). En la región de B hasta C, el material se vuelve perfectamente plástico, lo que significa que puede deformarse sin un incremento en la carga aplicada. Después de sufrir las grandes deformaciones que se presentan durante la fluencia en la región BC el material empieza a mostrar un endurecimiento por deformación. Durante este proceso, el material sufre cambios en sus estructuras cristalina y atómica, lo que origina un incremento en la resistencia del material a futuras deformaciones. Por tanto, un alargamiento adicional requiere de un incremento en la carga de tensión, y el diagrama esfuerzo-deformación toma una pendiente positiva desde C hasta D. Finalmente la carga alcanza su valor máximo y el esfuerzo correspondiente (en el punto D) se denomina esfuerzo último. De hecho, el alargamiento posterior de la barra se acompaña de una reducción en la carga y finalmente se presenta la fractura en un punto E, tal como se indica en el diagrama. Se presenta una contracción lateral de la muestra cuando se alarga, lo que origina una reducción en el área de la sección transversal; la reducción en el área es muy pequeña como para tener un efecto apreciable en el valor de los esfuerzos calculados antes del punto C, pero más allá de este punto la reducción comienza a modificar el perfil del diagrama. Desde luego, el esfuerzo real es mayor que el esfuerzo nominal debido a que se calcula con un área menor. En la cercanía del esfuerzo último, la disminución del área se aprecia claramente y ocurre un estrechamiento pronunciado de la barra, conocido como estricción. Si para el cálculo del esfuerzo se emplea el área de la sección transversal en la parte estrecha del cuello ocasionado por la estricción, la curva real esfuerzodeformación seguirá la línea punteada CE’. La carga total que puede resistir la probeta se ve efectivamente disminuida después de que se alcanza el esfuerzo último (curva DE), pero esta disminución se debe a la reducción en el área de la. 33.

(34) probeta y no a una pérdida de la resistencia misma del material. En realidad, el material soporta un aumento de esfuerzo hasta el punto de falla (punto E). Sin embargo, con fines prácticos la curva esfuerzo-deformación convencional, basada en el área transversal original de la muestra y que, por lo tanto, se calcula fácilmente, suministra información satisfactoria para emplearla en el diseño. La ductilidad de un material a tensión puede caracterizarse por su alargamiento total y por la disminución de área en la sección transversal donde ocurre la fractura. La elongación porcentual se define como sigue: (3.3). Donde L es la longitud calibrada original y Lf es la distancia entre las marcas de calibración al ocurrir la fractura. La reducción porcentual (RA) de área mide el valor de la estricción que se presenta y se define como sigue: =. (3.4). Donde A es el área original de la sección transversal y Af es el área final en la sección de la fractura. Los materiales que fallan en tensión a valores relativamente bajos de deformación unitaria se clasifican como materiales frágiles. En este ensayo las propiedades usualmente determinadas son: La resistencia a la cedencia (punto de cedencia), la resistencia a la tensión o esfuerzo último, la ductilidad (El alargamiento y la reducción de área), el módulo de elasticidad y el tipo de fractura.. 3.2 ENSAYO DE COMPRESIÓN La compresión es una presión que tiende a causar la reducción del volumen. Cuando se somete un material a una fuerza de Flexión, cizalladura o torsión, actúan simultáneamente fuerzas de tensión y de compresión.. 34.

(35) Los ensayos de compresión tienen muchas similitudes con los ensayos de tracción en la forma de cómo se conduce el ensayo y en el análisis e interpretación de los resultados. Como los ensayos de tracción se discutieron con suficientes detalles, la discusión aquí se enfocará a aquellas áreas en donde los dos ensayos difieren. El pandeo se promueve por las pequeñas imperfecciones indeseables en la geometría del espécimen de ensayo y por el desalineamiento con respecto a la máquina de ensayo. Por ejemplo, los extremos del espécimen pueden ser casi paralelos pero nunca perfectos. Similarmente el resultado del ensayo está influido por los detalles de las condiciones de los extremos. En particular, cuando el espécimen se comprime, el diámetro aumenta debido al efecto de Poisson pero la fricción retarda este movimiento en los extremos lo que resulta en una deformación de forma de barril. Aunque este efecto se puede minimizar con una lubricación apropiada en los extremos, es muy difícil de evitarlo completamente. Las porciones iníciales de las curvas de esfuerzo-deformación en compresión tienen la misma naturaleza general de las mismas en tensión. Por lo tanto, se pueden definir varias propiedades de los materiales de la porción inicial de la misma manera que se hizo en tensión, tales como el módulo elástico, el límite proporcional y el esfuerzo de cedencia. En efecto, ocurren efectos opuestos, en el sentido de que el aumento de la sección recta del área causa que la curva de esfuerzo-deformación aumente o se eleve rápidamente en vez de mostrar un máximo. Como resultado de lo anterior, no existe una carga máxima en compresión antes de la fractura y la resistencia última de ingeniería es la misma que la resistencia a la fractura de ingeniería. Los materiales frágiles y los moderadamente dúctiles se fracturarán en compresión, pero muchos metales dúctiles y polímeros nunca se fracturarán; más bien, el espécimen se deforma en una forma de torta muy grande en diámetro y de espesor delgado hasta que la carga requerida para continuar la deformación se hace tan grande que el ensayo se debe suspender.. 3.3 DESARROLLO ASTM D638 [3]. DE LA PRUEBA DE TRACCIÓN BAJO LA NORMA. Para la prueba de tracción se propone el siguiente procedimiento, ya que la puesta en funcionamiento de la prueba tendrá un seguimiento similar a los procesos que. 35.

(36) se realizan en los laboratorios de resistencia de materiales en cuanto a montaje de la probeta y toma de datos: Medir el ancho y el espesor de la probeta. Verificar la sujeción de las mordazas para prevenir el resbalamiento. Fijar la velocidad y encender la máquina. (Elegir la velocidad de prueba en la tabla 3. (Página 22) cuando la velocidad no se especifica utilizar el menor rango detallado en la tabla 4 para que la ruptura se dé entre 0.5 a 5 minutos desde el comienzo de la prueba.) La atmòsfera del laboratorio debe estar aproximadamente a 23 ± 2 °C (73.4 ± 3.6 °F) y 50 ± 5 % de humedad relativa, en caso de que no se cumplan las condiciones las tolerancias serán ±1 °C (1.8 °F) y la humedad relativa de ±2 %. La cantidad de probetas para el ensayo deberán ser por lo menos cinco para materiales isotrópicos, y diez para anisotrópicos. Registrar la carga y la deformación en cada punto como sea posible y además tener en cuenta la carga y la deformación en el punto de ruptura. Suspender el desplazamiento de la máquina para evitar la toma errónea de datos.. 36.

(37) 4. CARACTERÍSTICAS DE MATERIALES POLIMÉRICOS Esta tabla proporciona información sobre las propiedades y usos de algunos polímeros. Algunos de ellos se tendrán en cuenta en el desarrollo de este proyecto. Tabla 5. Definición de materiales. [5] Nombre Polietileno (PE). Formula - CH2 - CH2 -. Polipropileno (PP). CH3 | - CH2 - CH -. Poliestireno (PS). C6H5 | - CH2 - CH -. Policloruro de vinilo (PVC). Cl | - CH2 - CH -. Termoplástico, flexible o rígido, opaco o transparente, resistente a los rayos X, los ácidos, las bases, los aceites, las grasas y los alcoholes.. Politetrafluoroetileno (PTFE) o teflón. - CF2 - CF2 -. Polimetacrilato de metilo (PMMA) o plexiglás. CH3 | - CH2 - C | OCOCH3 Ejemplo :. Químicamente inerte, antiadherente, impermeable al agua y a las grasas, excelente resistencia al calor y a la corrosión. Termoplástico, transparente, excelentes propiedades ópticas, buena resistencia al envejecimiento y a la intemperie.. Poliamidas (PA) (ejemplo: nailon). - NH - (CH2)a - CO -. Siliconas. Poliésteres. siendo a un número entero natural R | - O - Si | R Ejemplos : R = CH3 o C6H5 - R - C - O - R' - O -C-R|| || OO. Propiedades Termoplástico, traslúcido en lámina, flexible, permeable a los hidrocarburos, alcoholes y gases, resistente a los rayos X y los agentes químicos. Termoplástico, baja densidad, rigidez elevada, resistente a los rayos X, muy poco permeable al agua, resistente a las temperaturas elevadas (<135 °C) y a los golpes. Termoplástico, transparente en lámina, no tóxico por ingestión, buenas propiedades ópticas y eléctricas, fácil de teñir, resistente a los rayos X, a los aceites y a las grasas.. Aplicaciones Láminas, bolsas, tuberías, revestimientos aislantes, tapones, tapas, envases, juguetes Artículos domésticos, envases, carrocerías moldeadas, baterías, parachoques, muebles de jardín, jeringuillas, frascos, prótesis, rafia. Envases, utensilios de cocina, difusores ópticos, revestimientos de muebles, aislamiento térmico, juguetes, artículos de oficina, maquinillas de afeitar desechables. Artículos domésticos, envases, aislamiento de cables eléctricos, conducciones de agua, revestimientos de suelos, contraventanas y puertas plegables, maletas, marroquinería, piel sintética, artículos de deporte y camping, industria química y automoción. Prótesis, juntas, piezas mecánicas en medios corrosivos, aislamiento eléctrico, revestimiento de sartenes. Material sustitutivo del vidrio, letreros luminosos, cristaleras, ventanillas, vitrinas, fibras ópticas, odontología, prótesis, lentes de contacto.. Termoplásticos, excelentes propiedades mecánicas, resistentes a los rayos X y a los carburantes, impermeables a los olores y a los gases.. Envases para productos alimenticios, mecanismos de contadores de agua, gas y electricidad, canalización de carburantes, botas y fijaciones de esquí, sillines de bicicleta.. Fluidas, lubricantes, antiadherentes, débilmente tóxicas.. Fluidos para transformadores eléctricos, masillas, moldeados complejos, revestimientos antiadherentes, barnices, ceras, tratamiento de quemaduras, cirugía estética.. Termoendurecibles, transparentes, buenas propiedades mecánicas a temperaturas elevadas, propiedades eléctricas, resistentes a los golpes, fáciles de mecanizar.. Productos textiles, envases, botellas, interruptores, tomas y fusibles para circuitos de alta tensión, prótesis.. siendo R y R' dos grupos de átomos. 37.

(38) 4.1 PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS POLÍMEROS REALES A continuación se muestran comparaciones de los comportamientos mecánicos de diferentes clases de polímeros sometidos a fuerzas axiales. Figura 11. Propiedades mecánicas de los polímeros [6]. La Figura 11. Compara curvas típicas tensión-deformación para diferentes clases de polímeros. Puede verse en la curva rosada, que plásticos rígidos como el poliestireno, el polimetil metacrilato o los policarbonatos pueden soportar una gran tensión, pero no demasiada elongación antes de su ruptura. No hay una gran área bajo la curva. Decimos entonces que estos materiales son resistentes, pero con alta fragilidad. Además, la pendiente de la recta es muy pronunciada, lo que significa que debe ejercerse una considerable fuerza para deformar un plástico rígido de modo que resulta sencillo comprobar que los plásticos rígidos tienen módulos elevados. Resumiendo, los plásticos rígidos tienden a ser resistentes, soportan la deformación, pero no suelen ser duros, es decir, son quebradizos. En plásticos flexibles como el polietileno y el polipropileno, representados por la curva azul en la Figura 11 el módulo inicial es elevado, o sea que resisten por un tiempo la deformación, pero si se ejerce demasiada tensión sobre un plástico flexible, finalmente se deformará. Como conclusión, podemos decir que los plásticos flexibles pueden no ser tan resistentes como los rígidos, pero son mucho más dúctiles. Es posible alterar el comportamiento tensión-deformación de un plástico con aditivos denominados plastificantes. Un plastificante es una molécula pequeña que hace más flexible al plástico. Por ejemplo, sin plastificantes, elpolicloruro de vinilo, o PVC, es un plástico rígido, que se usa tal cual para cañerías de agua. Pero con plastificantes, el PVC puede ser lo suficientemente flexible como para fabricar juguetes inflables para piletas de natación.. 38.

(39) Las fibras como el kevlar, la fibra de carbono y el nylon tienden a exhibir curvas tensión-deformación como la de color rojo que se ve en la Figura. 11. Al igual que los plásticos rígidos, son muy resistentes, y no se deforman demasiado bajo tensión. Pero cuando es resistencia lo que se requiere, las fibras tienen mucho que ofrecer. Son mucho más resistentes que los plásticos, aún los rígidos, y algunas fibras poliméricas como el kevlar, la fibra de carbono poseen mejor resistencia a la tensión que el acero. Los elastómeros como el poliisopreno, el polibutadieno y el poliisobutileno muestran un comportamiento mecánico completamente diferente al de los otros tipos de materiales. Observe la curva de color verde en la Figura. 10. Los elastómeros tienen módulos muy bajos, puede verse en la suave pendiente de la recta. Pero para que un polímero sea un elastómero, le hace falta algo más que tener módulo bajo. El hecho de ser fácilmente estirado no le da demasiada utilidad, a menos que el material pueda volver a su tamaño y forma original una vez que el estiramiento ha terminado. Las banditas de goma no servirían de nada si sólo se estiraran y no recobraran su forma original. Obviamente, los elastómeros recobran su forma y eso los hace tan sorprendentes. No poseen sólo una elevada elongación, sino una alta elongación reversible. Cuando tratamos con otras propiedades, como las de compresión o flexión, las cosas pueden ser totalmente distintas. Por ejemplo, las fibras poseen alta resistencia a la tensión y también buena resistencia a la flexión, pero por lo general exhiben una desastrosa resistencia a la compresión. Además tienen una mejor resistencia a la tensión en la dirección de las fibras.. Figura 12. Orientación de las fibras para una óptima resistencia a la tensión [2]. 39.

(40) 4.2 SELECCIÓN DE MATERIALES A UTILIZAR EN LAS PROBETAS PARA ENSAYOS A TRACCIÓN 4.2.1 Polietileno. Este polímero puede ser producido por diferentes reacciones de polimerización, como por ejemplo: Polimerización por radicales libres, polimerización aniónica, polimerización por coordinación de iones o polimerización catiónica. Cada uno de estos mecanismos de reacción produce un tipo diferente de polietileno. Es un polímero de cadena lineal no ramificada. Aunque las ramificaciones son comunes en los productos comerciales. Las cadenas de polietileno se arreglan abajo de la temperatura de reblandecimiento en regiones amorfas y semicristalinas, Los polietilenos pueden clasificarse en: PEBD (en inglés conocido como LDPE o PE-LD): Polietileno de Baja Densidad, se le conoce por sus principales características que son: a. b. c. d. e. f. g. h.. No tóxico Flexible Liviano Transparente Inerte (al contenido) Impermeable Poca estabilidad dimensional, pero fácil procesamiento Bajo costo PEAD (en inglés conocido como HDPE o PE-HD): Polietileno de Alta Densidad; densidad igual o menor a 0.941 g/cm3. Tiene un bajo nivel de ramificaciones, por lo cual su densidad es alta, las fuerzas intermoleculares son altas también. La producción de un buen PEAD depende de la selección del catalizador, entre sus características tenemos:. a. b. c. d. e. f. g.. Resistente a las bajas temperaturas; Alta resistencia a la tensión; compresión, tracción; Baja densidad en comparación con metales u otros materiales; Impermeable; Inerte (al contenido), baja reactividad; No tóxico Poca estabilidad dimensional, creep. 40.

(41) Tabla 6. Propiedades mecánicas del polietileno. [7] Propiedad. Polietileno de baja densidad Excelente 0.910-0.925 4-16. Polietileno de densidad media Excelente 0.926-0.940 8.24. Calidad de moldeado Densidad relativa Resistencia en tracción, MPa Resistencia en compresión, MPa Resistencia en impacto, Izod J/mm Sin rotura 0.025-0.8 Dureza, Shore D41-D46 D50-D60 R10 R15 Dilatación térmica, 10-4/°C 25-50 35-40 Resistencia al calor, °C 80-100 105-120 Resistencia dieléctrica, V/mm 18000-39000 18000-39000 Constante dieléctrica, (60 Hz) 2.25-2.35 2.25-2.35 Factor disipación (60Hz) 0.0005 0.0005 Resistencia arco, s 135-160 200-235 Absorción de agua (24 h), % 0.015 0.01 Velocidad de combustión, mm/min Lenta 26 Lenta 25-26 Efecto luz solar Se agrieta- debe Se agrieta- debe estabilizarse estabilizarse Efecto de ácidos Ácidos oxidantes Ácidos oxidantes Efecto de álcalis Resistente Resistente Efecto disolventes Resistente (por Resistente (por debajo de 60°C) debajo de 60°C) Calidad mecanizado Buena Buena Calidad óptica Transparente a Transparente a opaco opaco. Polietileno de alta densidad Excelente 0.941-0.965 20-38 19-35 0.025-1.0 D60-D70 28-33 18000-20000 2.30-2.35 0.0005 0.01 Lenta 25-26 Se agrieta- debe estabilizarse Ácidos oxidantes Resistente Resistente (por debajo de 60°C) Excelente Transparente a opaco. 4.2.2 Polipropileno El polipropileno, puede categorizarse ampliamente como homopolímero, o como coopolímero. El homopolímero polipropileno tiene una dureza y una resistencia térmica superiores a las del polietileno de alta densidad, pero una resistencia al impacto inferior y se vuelve quebradizo por debajo de ~0°C. Las Aplicaciones para los homopolímeros se dan en envolturas de aparatos eléctricos, embalajes, estuches de cintas, fibras, monofilamentos (rafia). Como coopolímero, posee otro monómero oleofino, generalmente etileno, para el impacto mejorado u otras propiedades, por lo tanto las calidades copoliméricas son preferidas para aplicaciones que exponen a condiciones de frío/invierno. Además tienden a ser más difíciles de fabricar, pero la nueva tecnología se ha ido encargando de que esto desaparezca y no se convierta en un gran problema. Para los coopolímeros. 41.

(42) las aplicaciones se dan en tubos, casco de barcos, asientos y piezas para el automóvil, por ejemplo, cofres de baterías y parachoques aunque estos últimos suelen ser fabricados con polipropilenos modificados con elastómeros. También cabe destacar que en esta familia se encuentra el polipropileno isotáctico, el cual posee semicristalinidad y se fabrica por polimerización, mientras que el polipropileno atáctico, apenas tiende a ser cristalino dado que carece de ordenamiento espacial. En su estructura, al pasar del polietileno, al polipropileno, la sustitución de un grupo de metilo cada dos átomos de carbono de la cadena polimérica principal, restringe la rotación de las otras cadenas, produciendo así un material más duro y menos flexible. Es blanco, semiopaco, elaborado en una amplia variedad de calidades y modificaciones. Por pertenecer al grupo metilo, sus cadenas aumentan la temperatura de transición vítrea, y por ello el polipropileno tiene temperaturas de fusión y de deformación por calor, mayores a las del polietileno. Por pertenecer, como se dijo anteriormente al grupo de los termoplásticos, el polipropileno posee la capacidad de fundirse a una temperatura determinada, además posee un comportamiento visco-elástico que proporciona ante los ensayos de tracción, compresión, flexión y torsión, resultados satisfactorios. Es un material desarrollado también, bajo el manejo de un excelente control de calidad, brindando así una plena seguridad de uso en sus diferentes aplicaciones. Es un polímero, además obtenido por la polimerización de propeno en presencia de catalizadores y en determinadas condiciones de presión y temperatura. Dentro del gran sin número de propiedades que maneja este material, deben destacarse unas que en especial son de mucha importancia como son: Propiedades físicas: • La densidad del polipropileno, está comprendida entre 0.90 y 0.93 gr/cm3` Por ser tan baja permite la fabricación de productos ligeros. • Es un material más rígido que la mayoría de los termoplásticos. Una carga de 25.5 kg/cm2, aplicada durante 24 horas no produce deformación apreciable a temperatura ambiente y resiste hasta los 70° C. • Posee una gran capacidad de recuperación elástica. • Tiene una excelente compatibilidad con el medio. • Es un material fácil de reciclar. • Posee alta resistencia al impacto.. 42.

(43) Propiedades mecánicas: Tabla 7. Propiedades mecánicas del polipropileno. [7] Propiedad. Homopolímero de polipropileno (sin modificar) Calidad de moldeado Excelente Densidad relativa 0.902-0.906 Resistencia en tracción, MPa 31-38 Resistencia en compresión, MPa 38-55 Resistencia en impacto, Izod J/mm 0.025-0.1 Dureza, Rockwell R85-R110 Dilatación térmica, 10-4/°C 14.7-25.9 Resistencia al calor, °C 110-150 Resistencia dieléctrica, V/mm 20000-26000 Constante dieléctrica, (60 Hz) 2.2-2.6 Factor disipación (60Hz) 0.0005 Resistencia arco, s 138-185 Absorción de agua (24 h), % 0.01 Velocidad de combustión, mm/min Lenta Efecto luz solar Se agrieta- debe estabilizarse Efecto de ácidos Ácidos oxidantes Efecto de álcalis Efecto disolventes Calidad mecanizado Calidad óptica. Polipropileno (Reforzado con vidrio) Excelente 1.05-1.24 42-62 38-48 0.5-0.25 R90 7.4-13.2 150-160 200000-25500 2.37 0.0022 74 0.01-0.05 Lenta -incombustible Se agrieta- debe estabilizarse Atacado lentamente por ácidos oxidantes Resistente Resistente Resistente (por debajo Resistente (por debajo de 80°C) de 80°C) Buena Bastante Transparente a opaco Opaco. 43.

(44) 5. DISEÑO DE LA MÁQUINA UNIVERSAL DE ENSAYOS PARA POLÍMEROS Cálculos para las probetas Teniendo en cuenta que los materiales más nombrados en la asignatura de materiales sintéticos son el polietileno y el polipropileno; a continuación se hará una análisis de las fuerzas máximas a las que pueden ser sometidos estos materiales, a partir de estos resultados se planteará el diseño de la Máquina Universal de Ensayos.. Figura 13. Probeta tipo I en polietileno y polipropileno. Sección A-A. b = 7 mm h = 13 mm A0 = 7 mm × 13 mm. 44.

(45) A0 = 0.91 cm2. Polietileno Polietileno de baja densidad Su = # = 4 - 16 MPa = 0.41. (Resistencia a la tracción) (Ver Tabla. - 1.6315. 6. Propiedades mecánicas del polietileno) Modulo de Elasticidad= E = 0.010 × 105 típicas de algunos polímeros). Para # = 0.41. P = 0.41. × 91 mm2. P = 37.31 kgf. Deformación. " = 2.337 mm. Para # = 1.6315. 45. = 10. (Ver Tabla 2. Propiedades.

(46) × 91 mm2. P = 1.6315. P =148.4665 kgf. Deformación. " = 9 mm. Polietileno de media densidad Su = # = 8.24 MPa = 0.84. (Resistencia a la tracción). (Ver Tabla 6.. Propiedades mecánicas del polietileno) Modulo de Elasticidad= E = 0.010 × 105 típicas de algunos polímeros). P = 0.84. × 91 mm2. P = 76.5 kgf. 46. = 10. (Ver Tabla 2. Propiedades.

(47) Deformación. " = 4.788 mm. Polietileno de alta densidad Su = # = 20 – 38 MPa = 2.04. (Resistencia a la tracción) (Ver Tabla. – 3.87. 6. Propiedades mecánicas del polietileno) Modulo de Elasticidad= E = 0.010 × 105 típicas de algunos polímeros). Para # = 2.04. P = 2.04. × 91 mm2. P = 185.6 kgf. Deformación. 47. = 10. (Ver Tabla 2. Propiedades.

(48) " = 11.628 mm. Para # = 3.87. P = 3.87. × 91 mm2. P =352.62 kgf. Deformación. " = 22.059 mm Con este resultado se concluye que el polietileno de baja densidad se rompe entre un rango de fuerza de 37.31 kgf y 352.62 kgf y tiene un alargamiento entre 2.337 mm y 22.059 mm.. Polipropileno Homopolímero de polipropileno (Sin modificar) Su = # = 31 - 38 MPa = 3.16. (Resistencia a la tracción) (Ver Tabla. – 3.87. 7. Propiedades mecánicas del polipropileno) Modulo de Elasticidad= E = 0.163 × 105. = 163. típicas de algunos polímeros). 48. (Ver Tabla 2. Propiedades.

(49) Para # = 3.16. P = 3.16. × 91 mm2. P = 287.66 kgf Deformación. " =1.11 mm Para # = 3.87. P = 3.87. × 91 mm2. P =352.62 kgf. Deformación. " = 1.35 mm. 49.

(50) Polipropileno (reforzado con fibra de vidrio) Su = # = 42 - 62 MPa = 4.28. (Resistencia a la tracción) (Ver Tabla. – 6.32. 7. Propiedades mecánicas del polipropileno) Modulo de Elasticidad= E = 0.163 × 105. = 163. típicas de algunos polímeros). Para # = 4.28. P = 4.28. × 91 mm2. P = 389.7 kgf. Deformación. " =1.5 mm. Para # = 6.32. P = 6.32. × 91 mm2. 50. (Ver Tabla 2. Propiedades.

(51) P =575.32 kgf. Deformación. " = 2.2 mm Con este resultado se concluye que el polietileno de baja densidad se rompe entre un rango de fuerza de 287.66 kgf y 575.32 kgf y tiene un alargamiento entre 1.11 mm y 2.2 mm.. DISEÑO DE LOS ELEMENTOS QUE COMPONEN LA MÁQUINA UNIVERSAL DE ENSAYOS PARA POLÍMEROS. 5.1 DISEÑO DEL TUBO (PLANO NO 5) Figura 14. Dimensiones del tubo. Material: Acero 1020 Del Anexo 1. Se obtiene el límite último y el límite de fluencia 51.

(52) Su = 440… 540 MPa = 440000… 540000 Sy = 260 MPa = 260000. (Límite último). (límite de fluencia). Dext = 6 cm = 60 mm Dint = 5 cm = 50 mm L = 65 cm = 650 mm. El área que se utiliza es el área del espesor del tubo, como se muestra:. A = % (302 - 252) A = 863.9379797 mm2 (4). Despejando la Ecuación 4 tenemos (4.1). Para facilitar los cálculos se hace la conversión de KN7m2 a KN/mm2 260000. ×. = 0.26. Remplazando en la Ecuación 4.1 P = 0.26. × 863.9379797 mm2. P = 224.6238747 KN. 52.

(53) Como se necesita especificar la fuerza P en Kgf entonces convertimos KN en Kgf así: 224.6238747 × 103 N ×. = 22905.26069 Kgf. Ahora se procede a hallar el Factor de seguridad permisible, este es un factor necesario para asegurarse que no haya fallas en la pieza diseñada. [N] = n1 ×n2 ×n3 (4.2) Los valores n1, n2 y n3 se toman del Anexo 2. n1 es un coeficiente que determina la exactitud del cálculo. n2 coeficiente que tiene en cuenta la homogeneidad de las propiedades del material. n3 tiene en cuenta el grado de responsabilidad de la pieza. n1 = 1.2 porque el calculo que nos arroja los esfuerzos son bajos. n2 = 1.2 porque es una pieza de acero al carbono y aleada a elevadas temperaturas de revenido. n3 = 1.2 porque la ruptura de esta pieza ocasiona la parada de la máquina.. Reemplazando n1, n2 y n3 en la ecuación 4.2 [N] = 1.2 × 1.2 × 1.2 [N] = 1.728. Ahora se halla el factor de seguridad N teniendo en cuenta que: N & [N] (El factor de seguridad no puede ser menor que el factor de seguridad permisible) El factor de seguridad para cargas estáticas se halla así: (4.3) (Esta ecuación se utiliza para materiales ductiles). 53.

(54) # = 450. = 4.5. (Esfuerzo máximo aplicado en la prueba). Sy = 260 MPa = 0.26 × 103. ×. = 26.51262154. Reemplazando los valores de # y Sy en la ecuación 4.3 tenemos:. N = 5.891693675 & [N] N & [N] 5.891693675 & 1.728 Con esto se concluye que el tubo no se fracturará. 5.2 SOLDADURA Para soldar unir el tubo a la mordaza se recomienda Xuper 680 CGS. (Ver Anexo 3.) Usos: Para soldaduras de alta calidad, rápidas y económicas, en dados, herramientas, resortes, colchones o almohadillas para recubrimientos duros. Para unir aceros disímiles; reconstrucciones maquinables y juntas a tope. Lo mejor para combinaciones de aceros similares o disímiles y la unión de aceros de diferentes espesores.. Procedimiento: USE CA o CC, polaridad invertida (tiene excelente estabilidad en CA). Limpie el área a soldar. Bisele las secciones pesadas. Solamente en algunos casos aceros de alta aleación pueden requerir un ligero precalentamiento de aproximadamente 245°C (400°F). Incline el electrodo entre 10 y 15° en dirección del avance, mantenga un arco corto. El depósito es rápido y uniforme y permite un avance rápido sin que se pegue o se desvíe.. 54.

(55) Características: Su revestimiento FrigidArcMR, más una matriz de alta aleación genera un arco altamente ionizado para transferir el metal de soldadura en forma de rociado. Posee una fuerza extraordinaria y una alta resistencia a la corrosión, aunadas a su facilidad de manejo y uniformidad. El NúcleO-CGS produce una estructura controlada del grano, obteniéndose alta resistencia, alta elongación, tenacidad y ductilidad. Bajo amperaje – facilidad de punteado y repunteado.. TAMAÑOS Diámetro mm. in. 2.4 3/32 4.0 5/32 3.2 1/8. AMPERAJES RECOMENDADOS Rango A 70 – 85 120 – 145 100 – 120. Rango B 45 – 60 85 – 110 70 – 90. RESISTENCIA A LA TENSIÓN: 8450 kg/cm2 (120000 psi). IDENTIFICACIÓN: Punta dorada.. Cálculo de la garganta de soldadura Figura 15. Dimensiones del área a aplicar la soldadura. 55.

(56) P = fuerza máxima a la que se van a someter los materiales, en este caso el material que se rompe con una mayor fuerza es el polipropileno con 575.32 kgf, pero para mayor seguridad en el diseño se tomará una fuerza mayor a esta de 10KN que es aproximadamente 1019.7 kgf. A = área de la garganta de soldadura A = 1.141%hr (Ver Anexo 19) A = 1.414 × % × h × 38.5 mm = 171.025 h mm. 171.025 h mm = h = 0.071 mm (Garganta de la soldadura). Figura 16. Garganta de soldadura. 56.

(57) 5.3 DISEÑO DE TORNILLOS PARA LAS MORDAZAS Figura 17. Posicionamiento del tornillo en las mordazas. Datos del tornillo Acero ASTM-A709 Grado 50 Dnominal = 3/8 = Dp Grado = 2 (Ver Anexo 6) Tornillo bristol Paso =16 hilos por pulgada = N Dmenor = 0.2938 in = Dr (Ver Anexo 7) Área de esfuerzo a tensión = At = 0.0775 in2 (área de la sección no roscada) Para el caso de las roscas UNS (Unified National standard) Dmayor = D. 57.

(58) Dp = D – D = Dp + D = 0.375 + D = 0.41559 in. Ahora se calcula el área de la sección no roscada, Ad Ad = % Ad = %. )2 )2. Ad = 0.110 in2 Longitud no roscada = Lt = 0.7874 in = 20 mm Longitud roscada = Ld = 1.2126 in = 30.8 mm Longitud total del tornillo = 2 in = 50.8 mm. El esfuerzo de tensión del tornillo es: #t = #t = #t = 258.06. ktornillo =. 58.

(59) Donde: E: Mòdulo de elasticidad del material del tornillo Eacero = 30000 kpsi (Acero ASTM-A709) (Ver Anexo 8) ktornillo = ktornillo = 1416.18 × 103 km = kmordaza E = mòdulo de elasticidad de la mordaza E = 30000 kpsi (Acero ASTM A36) (Ver Anexo 8) Km =. Km = Km = 11869.6 × 103 C= C= C = 0.1066. Càlculo de factor de seguridad para el tornillo nb =. >1. Sp = 55 kpsi (Ver Anexo 9) 55 × 103. = 25000. 59.

(60) At = 0.0755 in2 P = carga en cada tornillo P= Donde z es el número de tornillos P= P = 10 kgf 0.75Fp --- reutilizable Fi = 0.9 Fp --- permanente Fp = A t × S p Fp = (0.0775 in2) (25000. ). Fp = 1937.5 kgf Fi = 0.75Fp Fi = (0.75) (1937.5 kgf) Fi = 1453.125 kgf. >1. Reemplazando estos valores en nb = nb =. >1. nb = 454.385 Este resultado nos asegura que el tornillo no se romperá. Càlculo de factor de seguridad para las platinas. 60.

(61) nm = nm = nm =162.65 > 1 no se separarán las platinas. Figura 18. Dimensiones del tornillo para las mordaza. 5.4 GUÍAS DE LA MORDAZA D = 5 mm Ajuste H6/h5 (Ver Anexo 12) Agujero 0… -0.005 Eje 0… +0.008 Es un ajuste sin juego perceptible, para centrado y ajuste de alta precisión. Movimientos lentos. Montaje deslizante. (Ver Anexo 10). 61.

(62) 5.5 GUIA SUPERIOR (PLANO NO 7) Para la construcción de la guìa se utilizará como material fundición grìs porque este es un material con un alto contenido de carbono y no permitirá que las guias se deformen. Figura 19. Guía superior. Buje guia superior Figura 20. Dimensiones buje guía superior. 62.

(63) Dint = 60 mm Dext = 70 mm L = 45 mm El material más recomendable para este buje es bronce, porque e l bronce es más resistente y duro que cualquiera otra aleación común, excepto el acero, que le supera en resistencia a la corrosión y facilidad de lubricación.. Tolerancia buje guía superior – guía superior El ajuste del buje superior con la guía superior es U8/h8 (Ver Anexo 14) Agujero -0.102… -0.148 Eje 0… -0.046 Ajuste para piezas que trabajan en caliente y para piezas fijadas en general que no se separen durante el funcionamiento. (Ver Anexo 10). Tolerancia buje guía superior - tubo La tolerancia del buje de la guía superior con el tubo es H8/h9 (Ver Anexo 11) Agujero 0… -0.046 Eje 0… +0.046 Ajuste deslizante para alojamientos largos. Guías de acoplamiento con parte centrante y larga. Montaje a mano. (Ver Anexo 10). 63.

(64) 5.6 CÁLCULO DEL TORNILLO DE POTENCIA (PLANO NO 6). Figura 21. Esquema de un tornillo Rosca Acme. Rosca trapezoidal Acme Americana (Ver Anexo 16) Paso = Avance = 0.25 in = 6.35 mm L = 40 cm = 400 mm Do = 1 ¾ in = 44.45; ro = 22.225 mm Hilos por pulgada = 4 Área de esfuerzo a tensión= 1.918 in2 Dm = 41.381 mm; rm = 20.6905 mm Di = 39.958 mm; ri = 18.976 mm. Figura 22. Sección de una hélice del tornillo de potencia.. 64.

(65) d = 0.5p + 0.01 in. d = 0.5 (0.25) + 0.01 in. d = 0.135 in. = 3.429 mm b = 0.6296p + 0.0052 in. b = 0.6296 (0.25) + 0.0052 in. b = 0.1626 in. = 4.13004 mm. Ángulo de hélice. = 2.8 °. Figura 23. Ángulo de hélice. = 14.5° Càlculo de momento de giro y la carga axial (Momento descendiendo la carga). 65.

(66) (Momento en el elevando la carga) Donde: T: momento aplicado para girar el tornillo o la tuerca W: carga paralela al eje del tornillo rm = radio medio de la tuerca rc = radio efectivo de la superficie de rozamiento contra la cual se apoya la carga, llamado radio del collar f = coeficiente de rozamiento entre las roscas del tornillo y la tuerca, por el acabado de la pieza. (Ver Anexo Q) fc = coeficiente y rozamiento en el collar = ángulo de la hélice de la rosca en el radio medio = ángulo entre la tangente al perfil del diente (sobre el lado cargado) y una línea radial, medido en un plano normal a la hélice de la rosca en el radio medio. W = 10 KN = 1019.72 Kgf Rm = 20.6905 mm Rc = 22.475 mm f = 0.2 fc = 0.15 = 2.8° = 14.5° Càlculo de momento para bajar la carga. 66.

(67) T = 10 KN (5.4098 mm + 3.37125 mm) T = 87.8105 KN. mm (momento para bajar la carga) Càlculo de momento para elevar la carga. T = 10 KN (3.23 mm + 3.37125 mm) T = 66 KN mm (momento para elevar la carga) Càlculo de esfuerzos de la rosca Figura 24. Tipo de fuerza aplicada sobre el diente de la rosca. Sb = Ss =. (esfuerzo de flexión) (esfuerzo cortante). n = número de vueltas de rosca sometidas a la carga n= n= n = 7.087. 67.

(68) Sb =. Sb = 6.54. = 6.54 MPa = 0.67. (esfuerzo de flexión). Ss = Ss = Ss = 2.628. = 2.628 MPa = 0.27. (esfuerzo cortante). Del Anexo 20 tenemos que St = 56 kgf/mm2 (Esfuerzo en tracción) con un tratamiento térmico recodido subcrítico, por lo tanto el esfuerzo cortante (Ss) será: Ss = 0.8×St Ss = 0.8 × 56 Ss = 44.8 Comparando este esfuerzo con los datos calculados, esto nos asegura que el material Acero 1045 templado en agua, aceite y revenido en aire es una buena elección para el tornillo de potencia, pues con este no sufrirá fallas. Cálculo de presión de contacto entre las superficies del tornillo P= P= P = 3.16. = 3.16 MPa. El valor de la presión de contacto entre las superficies es bajo porque entre la raíz y la cresta de las roscas interna y externa la carga no es soportada sobre la 68.

(69) profundidad total h, otra razón es que la carga no está distribuida uniformemente sobre la longitud de la rosca.. Cálculo de esfuerzos en el núcleo del tornillo Ss = Sn =. (esfuerzo cortante torsional) (esfuerzo directo, este puede ser de tracción o compresión). Ss = Ss =8.18. = 8.18 MPa (esfuerzo cortante torsional). Sn = Sn = 8.84. = 8.84 MPa (esfuerzo directo). 5.7 DISEÑO DE TUERCA PARA TORNILLO DE POTENCIA Figura 25. Dimensiones de la tuerca. 69.

Figure

Figura 1.  Diagrama tensión-deformación.

Figura 1.

Diagrama tensión-deformación. p.16
Figura  3.    Estricción  o  estrechamiento  súbito  de  una  probeta  de  plástico  en  la  rotura

Figura 3.

Estricción o estrechamiento súbito de una probeta de plástico en la rotura p.19
Figura 4. Clases de probetas [3]

Figura 4.

Clases de probetas [3] p.21
Tabla 1. Dimensiones de las probetas con respecto al espesor (T),  (in) [3]  (0.28)  (0.16)  Dimensiones  Tipo I    Tipo II  (0.28-0.55)Incl

Tabla 1.

Dimensiones de las probetas con respecto al espesor (T), (in) [3] (0.28) (0.16) Dimensiones Tipo I Tipo II (0.28-0.55)Incl p.22
Tabla 3.  Designación de la velocidad de prueba bajo la Norma ASTM D638

Tabla 3.

Designación de la velocidad de prueba bajo la Norma ASTM D638 p.25
Tabla 4. Unidades

Tabla 4.

Unidades p.26
Figura 6. Máquina Universal Mono-espacio

Figura 6.

Máquina Universal Mono-espacio p.27
Figura 7.  Máquina Universal doble-espacio

Figura 7.

Máquina Universal doble-espacio p.28
Figura 8.  Accionamiento mecánico

Figura 8.

Accionamiento mecánico p.29
Figura 9. Máquina Universal de Ensayos para polímeros

Figura 9.

Máquina Universal de Ensayos para polímeros p.30
Figura 10. Diagrama esfuerzo-deformación de materiales dúctiles en tensión

Figura 10.

Diagrama esfuerzo-deformación de materiales dúctiles en tensión p.32
Figura 11. Propiedades mecánicas de los polímeros [6]

Figura 11.

Propiedades mecánicas de los polímeros [6] p.38
Figura 12. Orientación de las fibras para una óptima resistencia a la tensión [2]

Figura 12.

Orientación de las fibras para una óptima resistencia a la tensión [2] p.39
Figura 16. Garganta de soldadura

Figura 16.

Garganta de soldadura p.56
Figura 17. Posicionamiento del tornillo en las mordazas

Figura 17.

Posicionamiento del tornillo en las mordazas p.57
Figura 18. Dimensiones del  tornillo para las mordaza

Figura 18.

Dimensiones del tornillo para las mordaza p.61
Figura 19. Guía superior

Figura 19.

Guía superior p.62
Figura 20. Dimensiones buje guía superior

Figura 20.

Dimensiones buje guía superior p.62
Figura 21. Esquema de un tornillo Rosca Acme

Figura 21.

Esquema de un tornillo Rosca Acme p.64
Figura 24. Tipo de fuerza aplicada sobre el diente de la rosca

Figura 24.

Tipo de fuerza aplicada sobre el diente de la rosca p.67
Figura 26. Guía móvil

Figura 26.

Guía móvil p.70
Figura 27. Guía inferior

Figura 27.

Guía inferior p.71
Figura 28. Dimensiones buje guía inferior

Figura 28.

Dimensiones buje guía inferior p.72
Figura 30 Dimensiones de la carcasa

Figura 30

Dimensiones de la carcasa p.74
Figura 33. Dimensiones del esparrago

Figura 33.

Dimensiones del esparrago p.82
Figura 35. Dimensiones de la placa superior

Figura 35.

Dimensiones de la placa superior p.85
Figura 36. Diagrama de cuerpo libre de la placa superior

Figura 36.

Diagrama de cuerpo libre de la placa superior p.86
Figura 37. Posición de la fuerza total en el centroide  de la placa

Figura 37.

Posición de la fuerza total en el centroide de la placa p.87
Figura 40. Ubicación de los pernos sobre la placa superior

Figura 40.

Ubicación de los pernos sobre la placa superior p.95
Figura 43. Ubicación de los pernos sobre la placa inferior de anclaje

Figura 43.

Ubicación de los pernos sobre la placa inferior de anclaje p.102

Referencias

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