Practica1 - Csar Esquivel

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Instituto Politécnico Nacional
Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
Plantel Azcapotzalco
	
	
Ingeniería en Robótica Industrial
Asignatura: Ingeniería de Manufactura Aplicada
4RM2 
Práctica 1 – Practica demostrativa del taller
	César Antar Esquivel González
20 – Febrero – 2017 
ÍNDICE
1. Objetivo…...........................................................................................................................	3
2. Antecedentes………………………………………………………………………………………………….…………….	4
· Forja.
· Historia
· Definición 
· Clasificación
3. Desarrollo………………………….………..………………………………………………………………………………..	7
· Acero.
· Definición.
· Clasificación.
· Tratamientos Térmicos.
· Definición.
· Clasificación.
4. Croquis del taller……….…....................................................................................................	13	
5. Anexo fotográfico……..…………………………………………………………………………….....………………..	14
6. Conclusiones………………………………………………………………………………………………………………...	21
7. Bibliografía………………………………………………………………………………………………………………………………..	22
OBJETIVO
El objetivo de la práctica es observar la distribución de la maquinaria con la que cuenta el taller y así mismo tener una noción de para qué tipo de trabajos se emplean dichas maquinas, entre las que encontramos hornos eléctricos y de gas, tinas de soluciones acuosas para tratamientos térmicos, roladora, troqueladora, prensa, estampadora, entre otras. 
ANTECEDENTES
· Forja.
Historia de la forja: Las primeras herramientas de hierro descubiertas por los arqueólogos en Egipto son del año 3000 a.C., y se sabe que incluso antes ya se utilizaba el hierro para adornar. Los griegos ya conocían por los alrededores del año 1000 a.C. la técnica para endurecer las armas de hierro mediante tratamiento térmico.
Las aleaciones producidas por los primeros artesanos, y todas las aleaciones del hierro fabricadas hasta el siglo XIV d.C., se clasificarían actualmente como hierro fraguado. Para producir estas aleaciones se calentaba una masa de mineral de hierro y carbón vegetal en un horno con tirada forzada. Este tratamiento reducía el mineral a una masa esponjosa de hierro metálico plena de unos residuos formada por impurezas metálicas y cenizas de carbón vegetal. Esta esponja de hierro se retiraba mientras estaba incandescente y se picaba con martillos de gran peso para expulsar los residuos, soldar y consolidar el hierro. En algunos casos esta técnica de fabricación producía sin quererlo auténtico acero en vez de hierro fraguado. Los artesanos del hierro aprendieron a fabricar acero calentando hierro fraguado y carbón vegetal en recipientes de arcilla durante algunos días, puesto que así el hierro absorbía el suficiente carbono para convertirse en acero.
Tras el siglo XIV se aumentaron las medidas de los hornos utilizados para la fundición y se incrementó la tirada por forzar el paso de los gases de combustión. En estos hornos el mineral de hierro de la parte superior del horno se reducía a hierro metálico y a continuación absorbía más carbono como resultado de los gases que lo atravesaban. El producto de estos hornos se denominaba "arrabio", una aleación que se funde a una temperatura más pequeña que el acero o el hierro fraguado. El "arrabio" se refinaba tras fabricar el acero.
La producción moderna de acero utiliza hornos de grandes dimensiones que son modelos perfeccionados de los que se utilizaban antiguamente. El inventor británico Henry Bessemer fue el primero al utilizar el aire en el proceso de refinado del "arrabio", el año 1855 desarrolló el horno o convertidor que trae su nombre (Fig. 1).
								1 – Convertidor Bessemer – Thomas
La forja manual es la forma más sencilla de forjado y es uno de los primeros métodos con el que se trabajó el metal.
En general existen seis tipos de forjado:
1. Engrosado, consiste en reducir la longitud del metal y aumentar su diámetro: Para engrosar una pieza de metal se pica a lo largo de la dimensión más larga, consiguiendo una reducción  de la pieza.
2. Compresión para reducir el diámetro del metal: La compresión se consigue picando el trozo de metal mientras es sujetado con alguna de las variadas herramientas cóncavas denominadas estampas de forja.
3. Doblado: El doblado se consigue picando la pieza alrededor de un molde o haciendo palanca con la pieza en un punto de apoyo.
4. Soldadura o unión de dos piezas de metal por semi fusión: Para soldar hierro a la hornada, se aplica bórax o algún producto similar, al metal caliente para eliminar cualquier posible óxido de las superficies de las piezas. Después se unen picándolas a grandes temperaturas. Una junta soldada de este tipo es homogénea tan resistente como el metal original.
5. Perforado o formación de pequeñas aperturas en el metal: Para perforar agujeros pequeños se pone el trozo de metal con una pieza situada sobre el yunque y se atraviesa con un punzón a martillazos.
6. Recortado o realización de grandes agujeros: Para recortar agujeros más grandes o trozos de metal se utilizan escarpas pelmazas.
Definición de forja:
	El proceso de forja se define como una operación de conformado mecánico por la cual se obtienen piezas de sección transversal irregular al comprimir un bloque metálico, denominado tocho, entre dos útiles de trabajo llamados estampas, aprovechando la plasticidad del material. En virtud de los elevados niveles de deformación inherentes al proceso, éste se realiza normalmente en caliente.
Clasificación de la forja:
	
 FORJA
	Por las condiciones del proceso
	· Frio
· Caliente
	
	Por las características de las herramientas
	· Matriz abierta
· Matriz cerrada
· Forja con rodillos
Forja en frío: Fundamentalmente se efectúan operaciones de acabado o aquellas que se caracterizan por pequeños porcentajes de deformación.
Forja en caliente: El 90% de piezas forjadas son hechas con este método. Con el calentamiento correcto de la pieza se mejora la capacidad de ésta para cambiar de forma y dimensiones, sin que se presenten fallas o agrietamiento.
Forja de matriz abierta o libre: Este tipo de proceso se emplea para producir formas simples en poco tiempo y con bajo costo, esto es debido a que carecen de detalles y dimensiones exactas. Las formas producidas con matriz abierta usualmente requieren de maquinaria adicional para poder terminar la geometría de la pieza.
Forja estampa: En este proceso se utiliza una matriz, dado o estampa con una o varias cavidades de la geometría de la pieza. El impacto de la maza o la presión del émbolo sobre la pieza de trabajo, la obliga a llenar todo el hueco de las matrices coincidentes. La estampa puede constar de varias etapas que favorezcan la deformación del material y garanticen precisión y duración del herramental. El número de etapas estará definido por la complejidad de la pieza a producir.
Forja con rodillos: Este proceso se emplea para reducir la sección transversal de barras, razón por la cual se aplica en operaciones de preforma para la posterior forja en estampa. Por la forma en que se realiza y debido a su limitada aplicación, en muchas ocasiones no se le menciona al definir los procesos de forja; normalmente involucra grandes deformaciones, por lo que se efectúa en caliente.
DESARROLLO
· Acero.
Definición de acero: El acero es una aleación de hierro con una cantidad de carbono que puede variar entre 0,03% y 1,075% en peso de su composición. Algunas veces otros elementos de aleación específicos tales como el Cr (Cromo) o Ni (Níquel) se agregan con propósitos determinados.
Ya que el acero es básicamente hierro altamente refinado (más de un 98%), su fabricación comienza con la reducción de hierro (producción de arrabio) el cual se convierte más tarde en acero.
El hierro puro es uno de los elementos del acero, por lo tanto consiste solamente de un tipo de átomos. No se encuentra libre en la naturaleza ya que químicamente reacciona con facilidad con el oxígeno del aire para formar óxido de hierro - herrumbre. El óxido se encuentra en cantidades significativas en el mineralde hierro, el cual es una concentración de óxido de hierro con impurezas y materiales térreos.
Clasificación del acero: Los diferentes tipos de acero se clasifican de acuerdo a los elementos de aleación que producen distintos efectos en el Acero;
· Aceros al carbono: Más del 90% de todos los aceros son aceros al carbono. Estos aceros contienen diversas cantidades de carbono y menos del 1,65% de manganeso, el 0,60% de silicio y el 0,60% de cobre. Entre los productos fabricados con aceros al carbono figuran máquinas, carrocerías de automóvil, la mayor parte de las estructuras de construcción de acero, cascos de buques, somieres y horquillas.
· Aceros aleados: Estos aceros contienen una proporción determinada de vanadio, molibdeno y otros elementos, además de cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre que los aceros al carbono normales. Estos aceros de aleación se pueden subclasificar en:
	
Estructurales
	Son aquellos aceros que se emplean para diversas partes de máquinas, tales como engranajes, ejes y palancas. Además se utilizan en las estructuras de edificios, construcción de chasis de automóviles, puentes, barcos y semejantes. El contenido de la aleación varía desde 0,25% a un 6%.
	
Para herramienta
	Aceros de alta calidad que se emplean en herramientas para cortar y modelar metales y no-metales. Por lo tanto, son materiales empleados para cortar y construir herramientas tales como taladros, escariadores, fresas, terrajas y machos de roscar.
	
Especiales
	Los Aceros de Aleación especiales son los aceros inoxidables y aquellos con un contenido de cromo generalmente superior al 12%. Estos aceros de gran dureza y alta resistencia a las altas temperaturas y a la corrosión, se emplean en turbinas de vapor, engranajes, ejes y rodamientos.
· Aceros de baja aleación ultrarresistentes: Esta familia es la más reciente de las cuatro grandes clases de acero. Los aceros de baja aleación son más baratos que los aceros aleados convencionales ya que contienen cantidades menores de los costosos elementos de aleación. Sin embargo, reciben un tratamiento especial que les da una resistencia mucho mayor que la del acero al carbono. Por ejemplo, los vagones de mercancías fabricados con aceros de baja aleación pueden transportar cargas más grandes porque sus paredes son más delgadas que lo que sería necesario en caso de emplear acero al carbono. Además, como los vagones de acero de baja aleación pesan menos, las cargas pueden ser más pesadas. En la actualidad se construyen muchos edificios con estructuras de aceros de baja aleación. Las vigas pueden ser más delgadas sin disminuir su resistencia, logrando un mayor espacio interior en los edificios.
· Aceros inoxidables: Los aceros inoxidables contienen cromo, níquel y otros elementos de aleación, que los mantienen brillantes y resistentes a la herrumbre y oxidación a pesar de la acción de la humedad o de ácidos y gases corrosivos. Algunos aceros inoxidables son muy duros; otros son muy resistentes y mantienen esa resistencia durante largos periodos a temperaturas extremas. Debido a sus superficies brillantes, en arquitectura se emplean muchas veces con fines decorativos. El acero inoxidable se utiliza para las tuberías y tanques de refinerías de petróleo o plantas químicas, para los fuselajes de los aviones o para cápsulas espaciales. También se usa para fabricar instrumentos y equipos quirúrgicos, o para fijar o sustituir huesos rotos, ya que resiste a la acción de los fluidos corporales. En cocinas y zonas de preparación de alimentos los utensilios son a menudo de acero inoxidable, ya que no oscurece los alimentos y pueden limpiarse con facilidad.
Clasificación según AISI: La norma AISI (American Iron and Steel Institute ) utiliza un esquema general para realizar la especificación de los aceros mediante 4 números:
AISI ZYXX
Además de los números anteriores, las especificaciones AISI pueden incluir un prefijo mediante letras para indicar el proceso de manufactura. Decir que las especificaciones SAE emplean las mismas designaciones numéricas que las AISI, pero eliminando todos los prefijos literales.
El significado de los anteriores campos de numeración es la siguiente:
XX indica el tanto por ciento (%) en contenido de carbono (C) multiplicado por 100; 
Y indica, para el caso de aceros de aleación simple, el porcentaje aproximado del elemento predominante de aleación; 
Z indica el tipo de acero (o aleación). Los valores que puede adoptar Z son los siguientes: 
Como ya se indicó, la anterior designación puede incorpora también letras adicionales para indicar lo siguiente:
E . . . . : Para indicar Fusión en horno eléctrico básico.
. . . . H: Para indicar Grados de acero con templabilidad garantizada.
C . . . .: Para indicar Fusión en horno por arco eléctrico básico.
X . . . .: Para indicar alguna desviación del análisis de norma.
TS . . .: Para indicar que se trata de una Norma tentativa.
. . B . .: Para indicar que se trata de Grados de acero con un probable contenido mayor de 0.0005% en boro.
. . . LC: Para indicar Grados de acero con extra-bajo contenido en carbono (0.03% máx.).
. . . F: Grados de acero automático.
Para los aceros para herramientas, la norma AISI ha formulado códigos específicos según la siguiente tabla:
	Codificación de Aceros para Herramientas, según AISI
	Grupo 
	Símbolo
	Descripción
	Alta velocidad (rápidos)
	T
	Base Tugsteno (%W: 11.75-19)
	Alta velocidad (rápidos)
	M
	Base Molibdeno (%Mo: 3.25-10.0)
	Trabajo en caliente
	H
	Base Cr, W, Mo
	Trabajo en frío
	A 
	Media aleación, temple al aire
	Trabajo en frío
	D 
	Alto Cr, alto C (%Cr: 11.5-13.5)
	Trabajo en frío
	O 
	Templables al aceite
	Resistencia al impacto
	S 
	Medio carbono, al Si
	Propósitos específicos
	L 
	Baja aleación, medio-alto carbono
	Propósitos específicos
	F 
	Alto carbono, al W
	Moldes
	P 
	Baja aleación, bajo carbono
	Templables al agua
	W 
	Alto carbono
· Tratamientos térmicos.
Definición: Los tratamientos térmicos son operaciones de calentamiento y enfriamiento a temperaturas y condiciones determinadas, a que se someten los aceros y otros metales y aleaciones para darles características más adecuadas para su empleo. 
El tratamiento térmico consiste en calentar el acero a una temperatura determinada, mantenerlo a esa temperatura durante un cierto tiempo hasta que se forme la estructura deseada y luego enfriarlo a la velocidad conveniente. Los factores temperatura-tiempo deben ser muy bien estudiados dependiendo del material, tamaño y forma de la pieza. Con el tratamiento conseguiremos modificar microscópicamente la estructura interna de los metales, produciéndose transformaciones de tipo físico, cambios de composición y propiedades permitiéndonos conseguir los siguientes objetivos: 
· Estructura de mejor dureza y maquinabilidad.
· Eliminar tensiones internas y evitar deformaciones después del mecanizado.
· Estructura más homogénea.
· Máxima dureza y resistencia posible.
· Variar algunas de las propiedades físicas.
El tratamiento térmico en el material es uno de los pasos fundamentales para que pueda alcanzar las propiedades mecánicas para las cuales está creado. Este tipo de procesos consisten en el calentamiento y enfriamiento de un metal en su estado sólido para cambiar sus propiedades físicas. Con el tratamiento térmico adecuado se pueden reducir los esfuerzos internos, el tamaño del grano, incrementar la tenacidad o producir una superficie dura con un interior dúctil. La clave de los tratamientos térmicos consiste en las reacciones que se producen en el material, tanto en los aceros como en las aleaciones no férreas, y ocurren durante el proceso de calentamiento y enfriamiento de las piezas, con unas pautas o tiempos establecido.
Clasificación de los T.T.
Los principales tratamientos térmicos son:
· Temple: Su finalidad es aumentar la dureza y la resistencia del acero. Para ello, se calienta el acero a una temperatura ligeramente más elevada que la crítica superior (entre 900 - 950°C) y se enfría luego más o menos rápidamente (según característicasde la pieza) en un medio líquido cómo agua, aceite, etc.
· Revenido: Sólo se aplica a aceros previamente templados, para disminuir ligeramente los efectos del temple, conservando entre su dureza y resistencia de los aceros templados, se eliminan las tensiones creadas en el temple y se mejora la tenacidad, dejado el acero con la dureza o resistencia deseada. Se distingue básicamente del temple en cuanto a temperatura máxima y velocidad de enfriamiento.
· Recocido: Consiste en un calentamiento hasta temperatura de austenización (800 – 925°C) seguido de un enfriamiento lento. Con este tratamiento se logra aumentar la elasticidad, mientras que disminuye la dureza. También facilita el mecanizado de las piezas al homogenizar la estructura, afinar el grano y ablandar el material, eliminando la acritud que produce el trabajo en frío y las tensiones internas.
· Normalizado: Tiene por objeto dejar un material en estado normal, es decir, ausencia de tensiones internas y con una distribución uniforme del carbono. Se suele emplear como tratamiento previo al temple y revenido.
CROQUIS DEL TALLERAcceso
W
T
U
V
S
R
Q
P
O
N
M
L
K
J
I
H
G
F
E
DC
C
B
A
ANEXO FOTOGRÁFICO 
	
A - Tina para tratamientos térmicos.
	
B - Tina para tratamientos térmicos
	
C - Tina para tratamientos térmicos con resistencia interna.
	
D – Horno de lecho fluidizado.
	
E - Horno de lecho fluidizado.
	
F - Horno eléctrico.
	
G – Horno eléctrico.
	
H – Horno eléctrico.
	
I – Horno eléctrico.
	
J – Horno de gas tipo crisol.
	
K – Horno de gas tipo cámara.
	
L – Prensa.
	
M – Estampadora.
	
N – Martillo.
	
O – Horno de gas.
	
P – Fragua.
	
Q – Martinete hidraulico.
	
R – Martinete hidraulico.
	
S – Horno de gas.
	
T – Roladora.
	
U – Troqueladora.
	
V – Horno de gas para TT.
	
W – Horno de gas.
	
			
	A
	Tina para tratamientos térmicos. Enfriamiento por: Agua, aceite, salmuera.
	B
	Tina para tratamientos térmicos. Enfriamiento por: Agua, aceite, salmuera.
	C
	Tina para tratamientos térmicos con resistencia interna que permite calentar la solución.
	D
	Horno de lecho fluidizado. Temperatura máxima 1000°C
	E
	Horno de lecho fluidizado. Temperatura máxima 300°C
	F
	Horno eléctrico de temperatura máxima igual a 600°C interior de ladrillo refractado.
	G
	Horno eléctrico. Temperaturas variables de 0-1600°C y 0-1000°C
	H
	Horno eléctrico. Temperaturas variables de 0-1600°C y 0-1000°C
	I
	Horno eléctrico. Temperaturas variables de 0-1600°C y 0-1000°C
	J
	Horno de gas tipo crisol. Contiene tiro forzado (ventilador que inyecta aire al horno) y tiro inducido (chimenea para expulsar gases).
	K
	Horno de gas tipo cámara. Cuenta con recubrimiento de ladrillo, tiro forzado y tiro inducido. Temperatura máxima de 1500°C.
	L
	Prensa con capacidad máxima de 45 toneladas. 
	M
	Estampadora con capacidad de 3000 KN.
	N
	Martillo con capacidad de 20 toneladas.
	O
	Horno de gas con temperatura máxima de 1300°C.
	P
	Fraguas.
	Q
	Martillo pilón o martinete hidráulico. 140 golpes por minuto con un impacto máximo de una tonelada.
	R
	Martillo pilón o martinete hidráulico. 180 golpes por minuto con un impacto máximo de media tonelada.
	S
	Horno de gas con temperatura máxima de 1300°C.
	T
	Roladora.
	U
	Troqueladora.
	V
	Horno de gas para tratamientos térmicos con temperatura máxima de 1200°C.
	W
	Horno de gas con temperatura máxima de 1300°C.
CONCLUSIONES
Tras realizar la práctica demostrativa del taller y gracias a ésta podemos comprender el tipo de máquinas que se encuentran disponibles así como la distribución dentro del mismo. Igualmente fue posible conocer los tipos de materiales con que es adecuado trabajar según el proceso que se vaya a llevar a cabo. 
BIBLIOGRAFÍA
https://www.acertec.cat/es/artesania-i-forja/histr-de-la-forja
http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/xmlui/bitstream/handle/132.248.52.100/2548/07-MPM-Cap4-Final.pdf?sequence=7
http://www.infoacero.cl/acero/que_es.htm
http://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn101.html
http://documents.mx/documents/61-clasificacion-de-los-proceso-de-tratamientos-termicos.html
	
	
	Ingeniería DE MANUFACTURA APLICADA	22