EVALUACION GENERAL II 2020 2 0

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TECNOLOGIA MECANICA II – MEC 243 
EXAMEN – II 2020 
MSc. Ing. Francisco Montaño Anaya 
 
Nombre: RODRIGUEZ URIBE JOSE MARIA Nota:______ 
1. Si a una fundición de cierta forma se le va a duplicar el volumen, describa los 
efectos sobre el diseño de molde, incluyendo el cambio requerido en el tamaño de 
las mazarotas, canales de alimentación, estranguladores y bebederos. 
 
- En el caso de que se deba duplicar el volumen de una fundición el volumen del molde 
también deberá aumentar de forma proporcional ya que tendremos mayor material 
fundido con el que estamos trabajando. 
 
- Respecto a las mazarotas estas duplicaran su tamaño debido a que se tendrá el doble 
de volumen del diseño por lo que el volumen de la anterior mazarota no abastecería 
a la pieza y provocaría turbulencia del fluido dentro del molde a la hora de hacer el 
vaciado, al igual que el tiempo de solidificación también sería menor al de la pieza 
por lo que tendríamos fallas de llenado. 
 
- Los canales de alimentación también aumentarían, al igual que los bebederos y los 
estranguladores, debido a que las dimensiones de los bebederos se determinan con 
el tiempo de vaciado que a su vez se calculan con la sección de los canales y los 
canales se calculan proporcionalmente al volumen de la pieza que se quiere diseñar. 
 
2. La forma óptima de una mazarota es esférica, para asegurar que se enfría más 
lentamente que la fundición que alimenta. Sin embargo, es difícil fundir mazarotas 
con esa forma. (a) Dibuje la forma de una mazarota ciega que sea fácil de moldear 
pero que tenga la menor relación área-volumen posible. (b) Compare el tiempo de 
solidificación de la mazarota en la parte (a) con el de una mazarota con forma de 
cilindro circular recto. Suponga que el volumen de cada mazarota es el mismo y 
que su altura es igual a su diámetro. (Ver ejemplo 10.1). 
 
MAZAROTA ESFERICA 
 La fórmula del tiempo de solidificación es: 
𝑇 = 𝐶 (
𝑉
𝐴
)
2
 
 Partimos del volumen: 
𝑉 = 𝜋𝑟1
3
4
3
 
𝑟1 = √
3 × 𝑉
4 × 𝜋
3
 
 Si asumimos que el volumen de la esfera es: 
𝑉 = 0.5 𝑚3 
Tendremos: 
𝑟1 = √
3 × 0.5
4 × 𝜋
3
= 0.492 𝑚 
Hallaremos el área de la esfera: 
𝐴 = 4𝜋𝑟1
2 = 4 × 𝜋 × 0.4922 = 3.04 𝑚2 
Teniendo como resultado el tiempo de solidificación de: 
𝑇 = 𝐶 (
0.5
3.04
)
2
= 0.027 𝐶 
MAZAROTA CILINDRICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Partiremos del volumen del cilindro 
 
𝑉 = 𝜋𝑟2
2ℎ 𝑑𝑒 𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒 ℎ = 2𝑟1 𝑦 𝑟1 = 0.492 𝑚 
𝑉 = 𝜋𝑟2
22𝑟1 
Para el calculo usaremos el mismo volumen que en el caso de la esfera: 
𝑉 = 0.5 𝑚3 
Despejando 𝑟2 tendremos: 
𝑟2 = √
𝑉
2𝑟1 × 𝜋
2
= √
0.5
2 × 0.492 × 𝜋
2
= 0.402 𝑚 
Hallaremos el área: 
𝐴 = 2𝜋𝑟2
2 + 2𝜋𝑟ℎ ℎ = 0.984𝑚 
𝐴 = 2 × 𝜋 × 0.4022 + 2 × 𝜋 × 0.402 × 0.984 = 3.5 𝑚2 
El tiempo de solidificación será: 
𝑇 = 𝐶 (
0.5
3.5
)
2
= 0.019 𝐶 
CONCLUSION 
 
Por los cálculos podemos comprobar que el tiempo de solidificación de la mazarota 
esférica es mas lento que el de la mazarota cilíndrica. 
 
𝑇 = 𝐶 (
0.5
3.04
)
2
= 0.027 𝐶 > 𝑇 = 𝐶 (
0.5
3.5
)
2
= 0.019 𝐶 
 
3. Para la rueda de metal fundido ilustrada en la figura abajo, muestre cómo pueden 
utilizarse (a) la colocación de la mazarota, (b) la colocación del macho o corazón, 
(c) las camisas metálicas, y (d) los enfriadores para ayudar a alimentar el metal 
fundido. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4. En la figura P12.39 se muestra un diseño incorrecto y uno correcto para una 
fundición. Revise los cambios realizados y comente sus ventajas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
INCORRECTO 
El diseño es incorrecto por varios 
detalles, para empezar podemos 
notar que no tenemos las 
esquinas del diseño 
redondeadas, por lo que el 
diseño nos presenta ángulos de 
90 grados, los núcleos exteriores 
nos generan cavidades en el 
diseño que serán más difíciles de 
llenar con la fundición por lo que 
es probable que tengamos una 
fundición incompleta, lo mismo 
pasa con la parte del diseño 
central que nos presenta aletas 
con dirección a la parte interior 
de pieza que será fundida. 
CONO DE COLADA BEBEDERO 
POZO DE COLADA 
MAZAROTA MIXTA 
RESPIRADERO 
CANAL DE COLADA 
CANAL DE ATAQUE 
 
 
 
 
 
 
 
CORRECTO 
Podemos notar que tiene las 
esquinas redondeadas, es decir 
que no tenemos ángulos de 90 
grados en el diseño, además 
tampoco tenemos cavidades 
dentro de la pieza que sean 
difíciles de llenarse como se veía 
en el anterior diseño. 
 
 
5. Se indicó que el ensanchado en el laminado plano aumenta con (a) la reducción de 
la relación anchura a espesor del material de entrada, (b) la reducción de la 
fricción, y (c) la reducción de la relación de radio del rodillo a espesor de la cinta. 
Explique por qué. 
 
(a) la reducción de la relación anchura a espesor del material de entrada 
Se puede notar que a medida que la hoja de metal que se lamina también se ensancha 
en los costados debido a que el volumen del material que entra debe ser el volumen 
de metal que sale por lo que los rodillos al aplicar la presión sobre la hoja hacen que 
esta se estire en mayor y menor proporción en todas direcciones y como tenemos una 
velocidad constante de laminado esto pasa durante todo el proceso. 
(b) la reducción de la fricción 
En caso de que se reduzca la fricción tendremos un menor ensanchamiento debido a 
que el proceso se realizara con menos esfuerzo por parte de los rodillos, lo que 
conlleva a que tendremos una menor presión contra la lamina que por lo general 
también significa menor cambio de sección en el laminado. 
(c) la reducción de la relación de radio del rodillo a espesor de la cinta. 
Explique por qué 
se producirá mayor o menor ensanchado según el área de contacto que tengamos 
entre el rodillo y la lámina, por lo que en caso de que mantengamos el espesor de la 
cinta y reduzcamos el radio del rodillo tendremos más área de contacto que hará el 
proceso de laminado, lo que nos dará como resultado mayor ensanchamiento. 
 
6. En la figura P14.36 se muestra una forja redonda por impresión de matriz 
producida con una pieza en bruto cilíndrica, como se muestra a la izquierda. 
Conforme a lo descrito en este capítulo, dichas partes están hechas en una 
secuencia de operaciones de forjado. Sugiera una secuencia de pasos intermedios 
de forjado para hacer la parte de la derecha y dibuje la forma de las matrices 
requeridas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Se hará un forjado progresivo donde se hará un preformado, a continuación, penetrado, 
troquelado y acuñado, donde las matrices de impresión serán circulares y tendrán las 
siguientes formas vistas en un corte de perfil: 
 
 
 
 
7. Al comparar partes forjadas y fundidas, notamos que una misma parte se puede 
fabricar mediante ambos procesos. Comente las ventajas y desventajas de cada 
proceso, considerando factores como el tamaño de la parte y la complejidad de la 
forma, la flexibilidad del diseño, las propiedades mecánicas desarrolladas y el 
desempeño durante el servicio. 
 
PARTES FORJADAS 
VENTAJAS DESVENTAJAS 
Es muy resistente a los diferentes tipos 
de fuerzas que se le aplican, por el 
acabado que tiene no es necesario en 
muchas ocasiones hacer un 
maquinado extra, tiene menor 
presencia de impurezas, su 
endurecimiento es mayor por su 
proceso de fabricación y nos presenta 
una superficie lisa y brillante, tiene 
buena soldabilidad y alto nivel de 
precisión, 
Las fuerzas que se requieren para su 
producción son elevadas, la oxidación 
que sufren las piezas se realiza de manera 
más rápida, necesita mano de obra 
calificada y especializada en la operación 
de las mismas, es mas costosa que otros 
procesos, pero con diseños y selecciones 
de material adecuado es un proceso 
rentable. 
 
PARTES FUNDIDAS 
VENTAJAS DESVENTAJAS 
Podemos hacer fundiciones de una 
amplia gama de tamaños es decir de 
pequeñosa grandes, se pueden hacer 
piezas con geometrías medianamente 
complejas, se puede trabajar con 
cualquier aleación media, obteniendo 
piezas sin tensiones residuales. 
Es un proceso económico por lo que la 
inversión en maquinaria y equipos es 
reducida, la producción a gran y 
pequeña escala le sienta muy bien, 
además que nos permite la realización 
de prototipos sin mucho costo 
económico. 
La principal desventaja que presenta 
son las elevadas tolerancias con las que 
se trabaja, la calidad superficial es 
menor si la comparamos con otros 
procesos, por lo que requiere 
maquinados de acabado, las piezas 
tienen una resistencia mecánica 
reducida y tienden a tener varios 
defectos, se requiere mano de obra 
calificada, en muchos casos como en la 
producción artesanal el proceso de 
fundición es muy lento. 
 
8. ¿Se pueden fabricar engranes de dientes rectos por medio de: (a) estirado, y (b) 
extrusión? ¿Se pueden fabricar los engranes helicoidales? Explique su respuesta. 
 
 
 
 
 
 
ENGRANAJES RECTOS 
Como se ve en la imagen estos tienen la 
característica de tener dientes rectos y paralelos, 
lo que hace su fabricación mas sencilla, pueden 
hacerse este tipo de engranajes ya sea por 
estirado o extrusión, pero en la industria se utiliza 
la extrusión ya que es un proceso más sencillo. 
 
 
 
 
 
 
ENGRANAJES HELICOIDALES 
Podemos ver que este tipo de engranaje tiene 
como característica tener dientes en forma de 
hélice, si bien su fabricación parece muy 
compleja no lo es tanto, se requiere una pieza 
cilíndrica extruida la cual queda como un cilindro 
mas largo y claro aún sin dientes, posterior a esto 
se le ayuda con otro engranaje helicoidal donde 
choca los dientes con la tira que ya fue cortada 
en un maquinado anterior, esta operación se 
hace en un tiempo determinado formando dientes 
helicoidales, los dientes de los engranajes 
helicoidales se cortan en un ángulo exacto. 
Este proceso de formar engranajes helicoidales 
también puede hacérselo por ayuda de un torno 
CNC pero esto es mayor tiempo y mayor 
inversión. 
 
 
 
 
9. Estime el porcentaje de desperdicio al producir piezas en bruto redondas si la 
holgura entre las piezas es la décima parte del radio de la pieza bruta. Considere 
un troquelado en una y dos filas, como se muestra en la figura P16.62. 
 
PIEZA 1 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PIEZA 2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
10. Examine algunos de los productos (al menos 5) que se encuentran en su casa 
que estén fabricados con hojas metálicas y discuta el proceso, o la combinación 
de procesos, por medio del cual cree que se produjeron. 
 
 
LATAS PARA ALIMENTOS 
Las latas de alimentos como el atún, 
choclo, frutas, etc., están hechas a partir 
de láminas de metal las cuales se cortan 
por cizalladura, donde 2 son circulares 
estampadas en laminas lisas y otra es 
cortada por cizalladura de láminas 
corrugadas, se le hacen procesos de 
soldadura en la base y la tapa, además 
de la soldadura vertical para darle la 
forma cilíndrica que tiene. 
 
BANDEJA DE HORNO 
Están echas a partir de láminas metálicas 
laminadas a un espesor considerable, 
posterior a eso se las corta por medio de 
cizalladura en secciones cuadradas, 
posterior a esto se le hace un proceso de 
embutido para darle su forma 
característica, finalmente se le da un 
acabado haciendo un plegado en las 
esquinas y cantos de la pieza 
 
TAPAS DE OLLAS 
Se cortan por medio de cizallado en forma 
circular, posterior a esto se le hace un 
proceso de embutido para darle la forma 
característica que tienen las tapas de olla 
antes de que la tapa pase a la parte del 
proceso donde se le pondrá el sujetador 
se le hará un proceso donde se doblaran 
los cantos de la tapa para que no sean 
peligrosos. 
 
 
 LAVA PLATOS 
se hacen con laminas de acero inoxidable 
las cuales sufren en primera instancia un 
proceso de cizallado para obtener las 
dimensiones requeridas para procesos 
posteriores, punzonado para tener las 
perforaciones requeridas para 
alimentación y desecho de agua, 
después le hará un embutido para la 
partes de lavado de platos, y finalmente 
un estampado para los detalles que tiene 
la pieza 
 
 
RALLADOR 
También se hace a partir de hojas de 
acero inoxidable las cuales se cortan de 
manera exacta por medio de cizalladura 
para darle la geometria necesaria luego 
se le hace el punzonado con holguras 
elevadas y de diferentes formas y 
secciones para tener todas las opciones 
de rallado que se presentan en los 
ralladores, después se le de hacen los 
plegados necesarios a los cantos filoso y 
el doblado para darle la forma 
característica que tiene. 
 
 
REGLAS METALICAS 
Se hacen a partir de láminas de acero 
inoxidable, cortadas de forma exacta por 
medio de cizalladura, una recta y otra 
circular, también son punzonadas en uno 
de sus lados para finalmente se 
estampadas para tener los números y 
escalas en la regla. 
 
 
 
11. Al construir grandes embarcaciones, existe la necesidad de soldar grandes 
secciones de acero una con otra para formar el casco. Para esta aplicación, 
considere cada una de las operaciones de soldado discutidas en este capítulo y 
liste los beneficios y desventajas de esa operación en particular para esta 
aplicación. ¿Qué proceso de soldadura seleccionaría? ¿Por qué? 
 
Primero mencionare los procesos de soldadura que no se realizarían y el por qué, primero 
la soldadura con oxígeno y combustible gaseoso no se realizaría por la temperatura que 
provoca el proceso donde en muchos casos no es suficiente, por lo que es necesario 
calentar las piezas antes, pasaría lo mismo con el proceso GMAW, el proceso de 
soldadura por arco con electrodo no consumible porque es necesario el uso de material 
de aporte en varillas, retardaría el proceso y no le daría la continuidad que necesita, 
después tampoco podríamos usar el proceso de soldadura por arco y electrodo 
consumible por que los electrodos para soldadura tendrían que cambiarse muy rápido y 
continuamente sin dejarnos tener una buena soldadura, la soldadura por rayo láser 
tampoco es una opción por el costo y maquinaria que este implica. 
Por todo lo ya mencionado seleccionaría el proceso de soldadura por arco con electrodo 
consumible SAW, por que protege al arco con fundente granular evitando chispas, 
salpicaduras, suprima la radiación ultravioleta y por la forma de alimentación que tiene el 
proceso que nos permitiría soldaduras de gran longitud elevando la productividad del 
proceso. 
 
12. Una práctica común al reparar partes costosas rotas o desgastadas (como 
podría ocurrir cuando se rompe un fragmento de una forja) es rellenar el área con 
capas de cordones de soldadura y después maquinar la parte otra vez a sus 
dimensiones originales. Liste las precauciones que sugeriría a alguien que utiliza 
este método 
 
Empezaría por sugerir ver los planos de la estructura o pieza a reparar si se tienen, esto 
para tener las especificaciones del material y así decidir el tipo de soldadura y material de 
aporte que se usara, en caso de que no se tengan estos datos sugeriría conseguirlos por 
medio de cálculos considerando el uso que tiene además de las fuerzas a las que se somete 
la pieza o estructura, posteriormente sugeriría que los metales de base y los materiales que 
se usan en la soldadura cumplan con las especificaciones requeridas en base a planos y/o 
cálculos, al igual que los metales de aporte y la procedencia de estos, es decir si son 
confiables o no, después sugeriría el procedimiento adecuado del tipo de soldadura y que 
se haga bajo las normas y requisitos que se exigen en el país, posteriormente sugeriría una 
revisión del equipo con el cual se hizo la soldadura y si es adecuado para el procedimiento, 
además de la verificación de la habilidad del soldador, posteriormente la revisión de la pieza 
si hay alguna falla en la soldadura sobre la superficie así como interiormente con una 
radiografía en la zona soldada para descartar futuras fallas mecánicas, finalmentesugeriría 
el maquinado mas adecuado considerando la geometría de la pieza para tener el mejor 
acabado posible al mejor costo.