Argumento de Procesos Industriales para Materiales Metálicos
El objeto de este libro es proporcionar un texto visual sencillo, para introducir al alumno en los procesos de fabricación industriales, base fundamental para los futuros diseñadores y complemento para su formación artística. En general, los diseñadores piensan que no es su responsabilidad la selección de los materiales o la especificación de sus procesos de manufactura, pero por el contrario son muy determinantes, de hecho se podría llegar más lejos afirmando: Cada material, su proceso .
La forma del producto es el resultado de cómo fue fabricado y debería responder a como fue diseñado, para lo cual, la persona encargada de su fabricación debe conocer todos los procesos posibles, para elegir el más adecuado desde el punto de vista económico.01 Introducción a los procesos de fabricación. .......................... 1 1.1 Manufactura ............................................................................................4 1.2 Diseño y manufactura ..............................................................................4 1.3 Materiales y manufactura.........................................................................6 1.4 Clasificación de los procesos de manufactura ........................................... 8 1.5 Sistemas de fabricación .........................................................................10 1.6 Ejercicios propuestos.............................................................................12 2 Los materiales en la Ingeniería. ...........................................15 2.1 Introducción ..........................................................................................18 2.1.1 Evolución histórica de los materiales .........................................................18 2.1.2 Clasificación de los materiales ...................................................................19 2.2 Estructura de los materiales ................................................................... 19 2.2.1 Sistemas cristalinos ....................................................................................20 2.2.1.1 Estructura metálicas..............................................................................22 2.2.1.2 Alotropía y polimorfismo .....................................................................22 2.2.2 Estado amorfo ............................................................................................23 2.3 Materiales metálicos ..............................................................................24 2.3.1 Aleaciones férreas ......................................................................................24 2.3.1.1 Aceros...................................................................................................24 2.3.1.2 Fundiciones...........................................................................................26 2.3.2 Aleaciones no férreas .................................................................................27 2.3.2.1 Aleaciones ligeras................................................................................. 28 2.3.2.2 Cobre y sus aleaciones.......................................................................... 32 2.3.2.3 Níquel y sus aleaciones......................................................................... 33 2.4 Polímeros ..............................................................................................33 2.4.1 Clasificación de los polímeros ...................................................................34 2.5 Cerámicos .............................................................................................35 2.5.1 Cerámicas tradicionales..............................................................................36 2.5.2 Vidrios........................................................................................................36 2.5.3 Cerámicas estructurales..............................................................................37 2.5.4 Cerámicas funcionales................................................................................37 2.6 Materiales Compuestos ..........................................................................38 2.6.1 Clasificación de los materiales compuestos ...............................................39 2.7 Selección de materiales .........................................................................40 2.7.1 Propiedades del material ............................................................................41 2.8 Apéndices .............................................................................................43 2.8.1 Tablas de propiedades materiales...............................................................43 2.9 Bibliografía ...........................................................................................46 3 Tolerancias y acabado superficial. Metrología. ...................47 3.1 Introducción ..........................................................................................50 3.1.1 Relación tolerancias - procesos de fabricación ..........................................50 3.1.2 Relación rugosidad - procesos de fabricación ............................................50 3.2 Tolerancias y ajustes .............................................................................51 3.2.1 Tolerancias dimensionales .........................................................................51 3.2.1.1 Sistema ISO..........................................................................................51 3.2.1.2 Calidad de la tolerancia ........................................................................52 3.2.1.3 Posición de la zona de tolerancia...........................................................53 3.2.2 Ajustes ........................................................................................................54 3.2.2.1 Definiciones ..........................................................................................54 3.2.2.2 Sistemas ISO de ajustes: Agujero base y eje base .................................58 3.2.2.3 Ajustes recomendados...........................................................................58 3.2.2.4 Indicaciones para la elección del ajuste.................................................59 3.3 Tolerancias geométricas.........................................................................63 3.3.1 Definiciones................................................................................................63 3.3.2 Relación entre tolerancias geométricas y la fabricación.............................63 3.4 Tolerancias generales.............................................................................65 3.5 Acabado superficial. ..............................................................................65 3.5.1 Características de una superficie: ondulación, rugosidad...........................65 3.5.2 Símbolos de indicación de la rugosidad. ....................................................66 3.5.3 Parámetros de rugosidad.............................................................................66 3.5.4 Medición de la rugosidad ...........................................................................67 3.6 Metrología dimensional de longitudes .................................................... 69 3.6.1 Patrones de longitud ...................................................................................70 3.6.2 Instrumentos ...............................................................................................71 3.6.3 Incertidumbre de calibración ......................................................................72 3.6.4 Cálculo de la incertidumbre........................................................................72 3.6.5 Formas de expresar el resultado de una medida .........................................73 3.6.6 Selección de un instrumento para controlar una determinada tolerancia ...74 3.7 Ejercicios propuestos .............................................................................79 3.8 Bibliografía ...........................................................................................84 PARTE II: PROCESOS SOBRE METALES 4 Procesos de mecanizado. ...................................................... 85 4.1 Introducción. .........................................................................................88 4.1.1 Descripción.................................................................................................88 4.1.2 Tipos principales: torneado, fresado y taladrado........................................89 4.1.3 Máquinas herramienta, funciones y partes .................................................90 4.2 Formación de la viruta ........................................................................... 91 4.2.1 Fases de la formación de la viruta y Tipos de viruta ..................................91 4.2.2 Movimientos y parámetros de corte. ..........................................................92 4.2.3 Corte ortogonal...........................................................................................97 4.2.3.1 Definiciones y geometría del corte........................................................97 4.2.3.2 Fuerzas y potencias de corte..................................................................99 4.2.3.3 Equivalencia entre corte ortogonal y torneado ...................................... 101 4.3 Herramientas .......................................................................................103 4.3.1 Geometría de la herramienta.....................................................................103 4.3.2 Vida de las herramientas ..........................................................................104 4.3.2.1 Desgaste de las herramientas...............................................................106 4.3.2.2 Ecuación de Taylor..............................................................................106 4.3.3 Materiales de las herramientas .................................................................108 4.3.4 Fluidos de corte ........................................................................................115 4.4 Operaciones y sus máquinas ................................................................. 116 4.4.1 Hojas de proceso.......................................................................................116 4.4.2 Torneado y tornos.....................................................................................117 4.4.2.1 Movimientos de trabajo.......................................................................117 4.4.2.2 Esquema máquina y sus componentes.................................................117 4.4.2.3 Herramientas y su sujeción..................................................................118 4.4.2.4 Piezas y su sujeción.............................................................................119 4.4.2.5 Tipos de operaciones .......................................................................... 120 4.4.2.6 Tipos de máquinas .............................................................................. 121 4.4.3 Fresado y fresadoras.................................................................................123 4.4.3.1 Movimientos de trabajo ...................................................................... 123 4.4.3.2 Esquema máquina y sus componentes................................................ 123 4.4.3.3 Herramientas y su sujeción................................................................. 124 4.4.3.4 Piezas y su sujeción ............................................................................ 125 4.4.3.5 Tipos de operaciones .......................................................................... 126 4.4.3.6 Tipos de máquinas .............................................................................. 127 4.4.4 Taladrado y taladradoras ..........................................................................129 4.4.4.1 Movimientos de trabajo ...................................................................... 129 4.4.4.2 Esquema máquina y sus componentes................................................ 129 4.4.4.3 Herramientas y su sujeción................................................................. 130 4.4.4.4 Piezas y su sujeción ............................................................................ 131 4.4.4.5 Tipos de operaciones .......................................................................... 131 4.4.4.6 Tipos de máquinas .............................................................................. 132 4.5 Otros procesos: Serrado, Brochado, Rectificado y Pulido ..................... 134 4.6 Ejercicios propuestos........................................................................... 136 4.7 Bibliografía ......................................................................................... 138 5 Fabricación por moldeo. Fundición ...................................139 5.1 Fundamentos ....................................................................................... 142 5.1.1 Definición y clasificación.........................................................................142 5.1.2 Parámetros del proceso de fundición........................................................142 5.1.2.1 Fluidez ................................................................................................ 142 5.1.2.2 Contracciones ..................................................................................... 143 5.1.2.3 Tiempos de solidificación................................................................... 145 5.1.2.4 Diseño de Mazarotas........................................................................... 146 5.1.3 Aleaciones de moldeo ..............................................................................147 5.1.3.1 Aleaciones férreas............................................................................... 147 5.1.3.2 Aleaciones de aluminio....................................................................... 148 5.1.3.3 Aleaciones de magnesio ..................................................................... 150 5.1.3.4 Aleaciones de cobre............................................................................ 151 5.1.3.5 Aleaciones de zinc .............................................................................. 154 5.2 Tecnología de fusión ........................................................................... 155 5.2.1 Cubilotes...................................................................................................155 5.2.2 Hornos de crisol .......................................................................................156 5.2.3 Horno de arco eléctrico ............................................................................156 5.2.4 Hornos de inducción.................................................................................157 5.3 Procesos de fundición en molde desechable.......................................... 159 5.3.1 Moldeo en arena .......................................................................................159 5.3.1.1 Esquema general del proceso.............................................................. 161 5.3.1.2 Diseño y elaboración de modelos y noyos.......................................... 162 5.3.1.3 Arenas para moldes ............................................................................ 164 5.3.1.4 Fabricación de moldes y machos........................................................ 165 5.3.2 Tecnología de moldeo en arena................................................................168 5.3.2.1 Sistema de colada ............................................................................... 168 5.3.3 Moldeo en cáscara ....................................................................................171 5.3.3.1 Materiales para el moldeo en cáscara ................................................. 172 5.4 Procesos de fundición en molde y modelo desechable........................... 173 5.4.1 Fundición a la cera perdida ......................................................................173 5.4.2 Fundición con poliestireno expandido......................................................174 5.5 Procesos de fundición en molde permanente ......................................... 175 5.5.1 Fundición por gravedad en molde metálico .............................................175 5.5.2 Fundición a presión. Fundición inyectada................................................176 5.5.3 Fundición centrífuga.................................................................................177 5.5.4 Fundición estampada (Squeeze casting)...................................................178 5.5.5 Colada continúa ........................................................................................179 5.6 Ejercicios propuestos ...........................................................................180 5.7 Bibliografía .........................................................................................184 6 Fabricación por deformación en metales .......................... 185 6.1 Introducción ........................................................................................188 6.1.1 Clasificación de los procesos....................................................................188 6.1.2 Proceso de deformación. Deformación elástica y plástica. ......................188 6.1.3 Curvas tensión-deformación.....................................................................191 6.1.3.1 Curva tensión-deformación ingenieril .................................................191 6.1.3.2 Curvas tensión-deformación reales .....................................................193 6.1.4 Modelos de deformación ..........................................................................195 6.1.5 Deformación plástica. Endurecimiento por deformación.........................195 6.1.6 Trabajo de deformación............................................................................199 6.1.7 Deformación en frío y en caliente ............................................................201 6.2 Procesos de deformación volumétrica................................................... 202 6.2.1 Introducción..............................................................................................202 6.2.2 Laminación ...............................................................................................203 6.2.2.1 Análisis de la laminación de perfiles planos........................................204 6.2.2.2 Métodos de laminación........................................................................206 6.2.3 Forja..........................................................................................................207 6.2.3.1 Análisis del forjado .............................................................................208 6.2.3.2 Tipos de operaciones de forja..............................................................210 6.2.3.3 Equipos de forja...................................................................................211 6.2.4 Extrusión ..................................................................................................213 6.2.4.1 Extrusión directa e indirecta................................................................214 6.2.4.2 Análisis de la extrusión para secciones macizas..................................215 6.2.4.3 Matrices de extrusión y perfiles ..........................................................218 6.2.5 Estirado.....................................................................................................219 6.2.5.1 Análisis del estirado para secciones circulares ....................................220 6.3 Procesos de deformación de chapa ....................................................... 221 6.3.1 Introducción..............................................................................................221 6.3.2 Embutición ...............................................................................................222 6.3.2.1 Análisis de la embutición de piezas cilíndricas ...................................222 6.3.2.2 Tipos de embutición ............................................................................224 6.3.3 Doblado ....................................................................................................225 6.3.3.1 Análisis del doblado ............................................................................226 6.3.3.2 Tipos de doblado .................................................................................228 6.3.4 Corte .........................................................................................................229 6.3.4.1 Análisis del corte .................................................................................230 6.3.4.2 Tipos de corte ......................................................................................231 6.4 Ejercicios propuestos ...........................................................................232 6.5 Bibliografía .........................................................................................234 PARTE III: PRÁCTICAS P1 Metrología dimensional ................................................... 235 1.1 Objetivo de la práctica ......................................................................... 237 1.2 Equipo necesario .................................................................................238 1.3 Operativa.............................................................................................238 1.3.1 Calibración del instrumento asignado ......................................................238 1.3.2 Comprobación de varias cotas de una pieza .............................................239 1.3.3 Medida en el proyector de perfiles. ..........................................................240 1.3.4 Medida de la rugosidad ............................................................................240 1.4 Cuestiones propuestas.......................................................................... 242 1.4.1 Calibración de un instrumento: ................................................................242 1.4.2 Esquema de la pieza a medir ....................................................................245 1.4.3 Tabla de valores medidos de la pieza .......................................................246 1.4.4 Medida con el proyector de perfiles .........................................................247 1.4.5 Medida de la rugosidad ............................................................................248 P2 Mecanizado por CN: Fresadora y torno ..........................249 1.1 Objetivo .............................................................................................. 251 1.2 Equipo necesario ................................................................................. 252 1.3 Operativa ............................................................................................ 253 1.3.1 Fresadora ..................................................................................................253 1.3.2 Torno ........................................................................................................255 1.4 Cuestiones propuestas.......................................................................... 258 1.4.1 Fresadora ..................................................................................................258 1.4.2 Torno ........................................................................................................261 P3 Fundición en arena ...........................................................265 3.1 Objetivo de la práctica......................................................................... 267 3.2 Equipo necesario ................................................................................. 268 3.3 Características de los equipos industriales............................................ 268 3.3.1 Modelos....................................................................................................268 3.3.2 Arenas.......................................................................................................269 3.3.3 Máquinas de moldear ...............................................................................270 3.3.4 Defectos de piezas fundidas en arena.......................................................270 3.3.5 Operaciones de acabado ...........................................................................271 3.4 Operativa ............................................................................................ 271 3.4.1 Proceso operativo de la fundición en arena..............................................271 3.4.2 Características de la arena a utilizar .........................................................272 3.4.3 Equipos y proceso de la práctica ..............................................................273 3.5 Cuestiones propuestas.......................................................................... 276 3.5.1 Diseño de la mazarota ..............................................................................276 3.5.2 Diseño del modelo de la pieza..................................................................278 3.5.3 Proceso de fundición ................................................................................280 3.5.4 Defectos de la pieza fundida
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