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1 Balverdi Gonzalo Andrés Teoría Primer Parcial Mecanismos Definición: Conjunto de elementos rígidos que tienen movilidad entre sí de manera que su propósito sea transferir movimientos y/o fuerzas. Etapas de un Diseño: Tiene Cuatro etapas operacionales - Etapa de Factibilidad: determina si es posible y ventajoso económicamente - Etapa Preliminar: Hacer juicios cualitativos sobre los tipos de componentes y recursos identificada en la etapa anterior - Etapa de Detalle: Se hace modelado y Pruebas - Etapa de Revisión: revisarlo para mejoras posteriores del producto. Aleación: Es una sustancia que tiene propiedades metálicas y está constituida por dos o más elementos, de los cuales uno por lo menos tiene que ser el metal. Tipo de estructuras de los metales - Cristalina: Los átomos están ordenados en el espacio según una red geométrica que se repite. - Granular: La agrupación de los metales forman granos. Metales Férreos Son los que contiene Fe como elemento principal y C en proporciones variables y según el contenido de carbono: - Aceros 0,1% al 1,7% C - Fundición 1,7% al 5% C Estados alotrópicos - Hierro Alfa 911ºC - Hierro Gamma 911ºC a 1400ºC - Hierro Delta 1400ºC a 1539ºC Aceros - Aceros al carbono : el único elemento de aleación es el carbono - Aceros Aleados: Aceros que en su composición se encuentran otros elementos químicos • Níquel: Resistencia la corrosión y Tenacidad • Cromo: Dureza y Tenacidad • Manganeso: Resistencia y Favorece tratamiento térmico • Silicio: Eleva la resilencia • Wolframio: Se utiliza para producir acero de alta velocidad • Molibdeno: Alta resistencia y tenacidad • Vanadio: Resistencia al choque Fundición Son duras, frágiles, poco tenaces, poco maleables, poco dúctiles y son difícilmente soldables. Pero si poseen resistencia al desgaste, tiene capacidad de absorber vibraciones, resistencia a la corrosión y oxidación. Dos tipos Fundamentales: - Blancas: Construida por granos de perlita y cementita - Gris: Esta contiene 2,5% a 4%de C, Fundición nodular Materiales Plásticos Se denominan plásticos a materiales construidos por una variedad de compuestos orgánicos sintéticos o semi: -Termo rígido o termoestable: se endurecen cuando se los calientan. 2 Balverdi Gonzalo Andrés - Termoplásticos: se ablandan cuando se los calienta. Metales no Férreos - Aluminio: es menos pesado que el acero y es muy utilizado para productos manufacturados y piezas livianas. - Cobre: es un material muy dúctil, puede estamparse, rolarse en láminas, estirarse en alambres y tubos. - Zinc - Magnesio Tratamientos Térmicos - Templado o Temple: Consiste que luego de un calentamiento se realice un rápido enfriamiento de la pieza con lo cual se modifica su estructura es decir se produce un cambio aleotropico y así se obtiene dureza, resistencia a la tracción y a la carga del límite elástico. - Revenido: Es el tratamiento posterior al temple que consiste en un calentamiento inferior a la temperatura de transformación, seguido de un enfriamiento lento al aire. Le confiere grandes tensiones internas, aumenta su fragilidad y se logra una redistribución de los cristales para aumentar la ductilidad. Soldadura Definición: Es un método de unión de elementos de máquina de forma fija. Soldadura Heterogénea o Falsa Soldadura Se efectúa entre materiales de distinta naturaleza, con o sin metal de aportación o puede ser entre metales de la misma naturaleza pero con distinto metal de aportación. - Blanda: Se realiza a temperaturas por debajo de los 400ºC a 450ºC, el material de aportación aleación de estaño y plomo - Fuerte: también se llama dura o amarilla se alcanzan temperaturas de hasta 800ºC y su metal de aportación aleaciones de plata y estaño o de cobre y zinc. Soldadura Homogénea Los materiales que se suelda y el material de aportación son de la misma naturaleza - Por Presión: Que se realiza sin la aportación de otro material, mediante la aplicación de la presión suficiente y normalmente ayudaba con calor o fricción. - Por fusión o calor: Realizada mediante la aplicación de calor a las superficies, que se funden en la zona de contacto con o sin aportación de otro metal. - Por fusión y presión: Combinación de presión y calor. Procesos de soldadura o Soldaduras Eléctricas - Por Resistencia: que es la aplicación del calor generado por una resistencia eléctrica de los materiales a soldar y es sin material de aporte o relleno. Estas pueden ser por puntos, por costura o a Tope. - Por Arco eléctrico: Consiste en provocar la fusión de los bordes que se desea soldar mediante el calor intenso desarrollado por un arco eléctrico. Estas pueden ser por arco sumergido por arco en atmosfera inerte el cual puede ser con electrodo refractario es decir que no se consume (Método TIG) o con electrodo consumible (Método MIG y MAG). o Soldadura con Gases En la cual se produce el calentamiento con una llama de gases. - Soldadura oxiacetilénica (con gases al soplete): el calor aportado en este tipo de soldadura se debe a la reacción de combustión del acetileno que resulta ser fuertemente exotérmica alcanzan temperaturas del orden de los 3500ºC. - Soldadura oxhídrica: se basa en la combustión del hidrogeno, es muy costosa o Soldadura Química Se aplica solo en algunos procesos la más conocida es la aluminotermia. - Soldadura aluminotermica o con termita: se aprovecha el calor generado por la reacción química entre el aluminio y un oxido metálico, la más conocida es entre el aluminio y el óxido de hierro. - Calculo de la Soldadura - Posición geométrica de las piezas a unir - Consideraciones de seguridad de la construcción soldada 3 Balverdi Gonzalo Andrés - Tipo de soldadura o del cordón - Esfuerzos admisibles y de trabajo del material a soldar - Direcciones de los esfuerzos en que se encuentran sometido - Tipo de esfuerzo al que está sometido - Tipo de carga estática o dinámica - Calidad de la soldadura y controles realizados Ensayos sobre Soldadura: Examen Visual: A sido utilizados a través del tiempo como una herramienta básica de la humanidad. En su realización el examen visual se apoya con diferentes y variados equipos ya accesorio las técnicas se dividen en: - Examen visual directo: Realizada a una distancia de 24”o menor y un ángulo no menos a 30º - Examen visual remoto: se utilizan instrumentos ópticos tales como telescopios, binoculares, etc. Tintas Penetrantes: En esta técnica se aplican fluidos a las superficies de la parte para que penetren en grietas, costuras y poros. Por acción de capilaridad, el penetrante puede introducirse en grietas hasta de anchura 0,1 micrómetros. Los dos tipos comunes de líquidos utilizados en esta prueba son: - Penetrantes fluorescentes - Penetrantes Visibles Procedimiento - Superficie con fallas perfectamente limpia - Aplicación del líquido penetrante - Remoción del exceso de penetrante - Aplicación del revelador - Absorción del penetrante por el revelador - Observación de los defectos Método por partículas magnéticas Se usa como fuente de excitación el magnetismo, que poseen algunas sustancias llamadas ferromagnéticas. El efecto de inducción magnética ejercido por un imán sobre otro cuerpo, transforman momentáneamente a este en un imán. Ventajas - Es más rápido - No son necesarias las limpiezas sostificadas, ni preparación especial - Puede detectar discontinuidades superficiales - Puede detectar ciertas discontinuidades sub-superficiales Desventajas - Los materiales no magnéticos no pueden ser ensayados - Los aceites y pastas afectan la piel - Las excesivas corrientes para magnetizar requiere de grandes equipos - Se hace necesario las des magnetización de las piezas Ultrasonido Onda: Es una perturbación que se propaga. Sonido: Es cualquier fenómeno que involucre la propagaciónen forma de ondas elásticas, generalmente a través de un fluido que esté generando el movimiento vibratorio de un cuerpo. Métodos de ensayo y aparatos ultrasónicos 4 Balverdi Gonzalo Andrés - El método de transmisión: Registro de no falla, Registro de falla y Falta de alineación en el método de transmisión. - El método del impulso eco Palpadores Utilizados - Palpador normal de un solo cristal - Palpador Angular Radiología Industrial El objetico de este ensayo es obtener información sobre la macro estructura interna de una pieza o componente. El principio aplicado es de la transparencia de los materiales para las ondas electromagnética de energía elevada a nivel de RAYOS X o GAMMA y el uso de un transductor que permite el registro de la imagen obtenida por transparencia. - Gammagrafía: Todo radioisótopo que emita radiación gamma puede ser usado para ensayos no destructivos en la misma forma que los rayos X. El equipo de gammagrafía es una fuente de radiación consiste en unos gramos o miligramos de material radiactivo contenido en una capsula de protección. - Radiografía: Una radiografía es un grabado fotográfico producido por el paso de rayos X o Gamma a través de un objeto sobre la película, esta película consiste en un soporte transparente cubierta en ambos lados con una capa de gelatina que contiene en suspensión granos extremadamente finos de haluros de plata. Roblones o Remaches Definición: Es un elemento de fijación que se emplea para unir dos o más piezas. Aplicaciones: Esta muy difundida en la construcción de calderas, edificios, puentes, electrónica y otros muchos usos. Diferencia entre roblón y remache: Se considera roblón a los elementos que están constituidos por una sola pieza o componente, mientras que los remaches pueden estar constituidos por más de una pieza o componente. Ventajas - Es considerado como un método de unión barato y automatizable - Es útil para la unión de materiales diferentes así como para dos o más piezas. - Las uniones con remaches pueden soportar diferentes tipos de vibraciones. - Existe una gran variedad de modelos y materiales de remaches. - Permite las uniones ciegas - Permite uniones impermeables o estancas Desventaja - La resistencia alcanzable con un remache es inferior a la que se puede conseguir con un tornillo - La unión no es fácilmente desmontable - No es adecuado para piezas de gran espesor - Este accesorio no es reusable como el tornillo Tipos de Roblonado - Roblonado en Frio - Roblonado en Caliente Tornillos Definición: Es una espiga cilíndrica sobre la cual se halla labrado un filete. Utilización 5 Balverdi Gonzalo Andrés - Órgano de unión de tipo desarmable - Para transmitir movimiento o potencia Tipos - Tornillos de unión - Tornillos de movimiento o potencia Parámetros específicos de una rosca - Paso: Es la distancia existente entre dos dientes consecutivos - Angulo de Hélice: Es el ángulo formado por el eje del filete y el plano de rotación del tornillo - Forma del filete o Tipo de rosca: La forma de las llanuras talladas queda determinada por la aplicación que va a tener la pieza - Angulo de Rosca: Es la pendiente del flanco de los dientes - Avance: Es la distancia longitudinal que avanza un punto de un diente en un giro del tornillo - Sentido de Giro: o el sentido de la pendiente; que en el filete puede ser hacia la derecha o la izquierda. Irreversibilidad En todos los casos, si el ángulo de Hélice es menor que el de roce, al girar el tornillo, este avanzara en la dirección de su eje, pero por el contrario al aplicarle una carga en ese sentido, rozamiento le impedirá girar, es decir es irreversible, lo que se conoce como auto bloqueante. En cambio si el ángulo del filete es mayor que el de roce los movimientos del tornillo son reversibles. α < ϕ Rendimiento El rendimiento será el cociente entre los trabajos entregado, del real sobre el ideal. Se observa que al aumentar el ángulo de Hélice mejora el rendimiento y se obtiene el mayor rendimiento cuando α=45º Tornillos como elementos de unión: Los tornillos son muy utilizados como elementos de unión, debido a su gran cantidad de tipos, tamaño y su normalización, y en cada caso se debe hacer un análisis de los esfuerzos, a los que se encuentran sometidos. - Tornillos sometidos a esfuerzos normales sin carga previa - Tornillos sometidos a esfuerzos normales con carga previa Chavetas y Pernos Definición: Son piezas o elementos de unión, que se ensamblan generalmente en piezas de revolución, transmitiendo un esfuerzo. Son uniones desmontables, de los cuales se tienen dos tipos: longitudinales y transversales. Tipos - Longitudinales: Se utilizan cuando los órganos están dispuestos de modo que uno de ellos tiende a girar exteriormente a otro, transmitiendo o recibiendo de el un motor torsor. - Transversales: Son utilizadas cuando los elementos a ensamblar, están sometidos a esfuerzos axiales, actuantes en un eje en común. Chaveta Longitudinal: Para el caso de este tipo de chavetas la distribución de fuerzas y tensiones sobre la superficie de una chaveta es complicada, depende del ajuste de la chaveta entre eje y cubo. Chaveta Transversal: Cuando los elementos que se ensamblan están sometidos a esfuerzos axiales, actuantes en un eje en común, o la unión de estos ejes, la unión se efectúa por chavetas transversales. Espigas y Pasadores: Sean cilíndricos, huecos, ligeramente cónicos, etc. pueden sumir las más diversas posiciones con respecto al eje y pueden transmitir un momento torsor o un empuje axial. 6 Balverdi Gonzalo Andrés Tecnología Mecánica Mediciones Definición: Una medición es comparar una magnitud física que se desea medir con una cantidad fija de al misma especie definida por medio de un patrón. Instrumentos de Medición Características - Apreciación: Esta dada por la menor división de la escala - Exactitud: Diferencia o discrepancia entre la medida real de la pieza y la medida obtenida por el instrumento - Precisión: Es la capacidad de un instrumento de brindar la misma medición en idénticas condiciones operativas Factores que influyen en la medición - Manejo del instrumento - Temperatura - Error Humano - Superficie a medir Instrumentos - Reglas y Cintas: Constituyen los instrumentos más elementales y sencillos para determinar longitudes. - Calibre de láminas o sondas: Se utiliza para el control de la tolerancia de pequeñas distancias entre superficies enfrentadas, planas o esféricas, así como controlar juegos en elementos de máquinas. - Plantillas: Son láminas de acero duro, con la forma inversa a la que se desea controlar, existen plantilla de diferentes tipos según su aplicación: ✓ Plantilla para roscas ✓ Plantilla para radios o perfiles - Nonio o vernier: Este dispositivo está incorporado en la mayor parte de los instrumentos para medir longitudes, debido a su gran sencillez y buenos resultados para obtener las aproximaciones requeridas. Consta de una regla dividida en partes iguales, sobre la cual se desliza otra más pequeña llamada nonio también dividida en partes iguales pero de tal forma que en su modelo más elemental 10 divisiones del nonio equivale a 9 de la regla fija. - Calibre de Corredera: o Pie de Rey o Calibre de coliza se emplea para medir distancias entre superficies contrapuestas, enfrentadas o codireccionales. Apreciación Ap=u/n (menor div de la regla fija/número de div de la regla móvil) - Calibre de verificación de ruedas dentadas: Es posible medir el espesor de los dientes de las ruedas dentadas utilizando el calibre especial a escuadra con dos vernier. Calibre para medir gruesos del diente a corredera vertical y corredera horizontal - Micrómetros o tornillos micrométricos: Este es el instrumento más comúnmente utilizado en talleres para efectuar medidas exactas. Su funcionamiento está basado en el avance acial de un tornillo, respecto de una tuerca; para una vuelta de latuerca corresponde un desplazamiento axial igual al paso del tornillo. ✓ Micrómetros de interiores ✓ Micrómetros de profundidad - Comparadores o amplificador de esferas: Son instrumentos que realizan la medición de una pieza por comparación respecto a una muestra. La lectura obtenida en un comparador es entonces la diferencia entre la pieza y la muestra. Normalmente los comparadores van montados sobre un soporte o accesorio especial, el cual nos permite observar la magnitud de la desviación respecto a la medida nominal. - Alesometro o indicadores de interiores: Se utiliza para medir interiores de superficies enfrentadas, por ejemplo el diámetro del cilindro de un motor. Consta de un indicador de reloj, un mango y una cabeza de medición que contiene un dispositivo especial para permitir el movimiento del perno explorador al vástago del indicador de reloj. Tolerancia 7 Balverdi Gonzalo Andrés Definición: Es el error de medida permitida en la construcción de una pieza, estos valores son fijados directamente por el diseñador o fabricante de la misma. Calibres fijos: Son piezas de acero que sirven exclusivamente para la verificación de una medida o dimensión dada. Los más utilizados son los calibres para exteriores y para interiores, son conocidos como calibres pasa no pasa. Ajustes o Asientos: se denomina ajuste o asiento a la relación de dependencia que existe entre dos piezas. Se conviene establecer dos casos fundamentales juego o apriete: - Juego: Existe juego cuando la diferencia entre las dimensiones de ambas piezas son positivas y el eje penetra holgadamente. - Apriete: Es un ajuste forzado, haciendo penetrar el eje en el agujero a gran presión. Elemento Base: Los ajustes se hacen eligiendo lo que se denomina elemento base. Así como por ejemplo algunos consideran que es más fácil reducir el diámetro exterior de una pieza en algunas centésimas, que aumentar el diámetro del agujero donde aquella va colocada. - Agujero único: Cuando se adopta como elemento base el agujero y se modifica el perno o eje. - Eje único: Cuando se adopta como elemento base el perno o eje y se modifica el agujero. Máquinas y Herramientas Definición: Se definió a la máquina-herramienta, un conjunto de órganos y elementos dispuestos para la transformación mecanico- geometrica de diversos materiales sólidos, principalmente los metales y las maderas. Clasificación - Por arranque de viruta ✓ Por herramienta metálica o placas intercambiables ✓ Por abrasión y fenómenos eléctricos - Deformación y corte ✓ Deformación por presión y choque ✓ Corte por presión Objeto y Necesidad: Como las maquinas-herramientas tienen el objeto de transformar físicamente un cuerpo, sea en el sentido geométrico o dimensional. La transformación física que tiene por objeto hacer adquirir a un elemento una forma diferente a la inicial con o sin producción de viruta. Maquinas Herramienta por Arranque de Viruta ❖ Por Herramienta metálica - Torno: Es la máquina herramienta de mecanizado más difundida, estas son en la industria de uso general, la pieza se fija en el plato del torno, que realiza el movimiento de corte girando sobre su eje, la cuchilla realiza el movimiento de avance eliminando el material en los sitios precisos. Es decir el torneado consiste en perfilar alrededor de un eje, un sólido de revolución. - Fresadora: En la fresadora el movimiento de corte lo tiene la herramienta; que se denomina fresa, girando sobre su eje, el movimiento de avance lo tiene la pieza, fijada sobre la mesa de la fresadora que realiza este movimiento. El fresado consiste en arrancar la viruta mediante herramientas circulares de cortes múltiples denominadas fresas. - Taladro o agujeadora: La pieza es fijada sobre la mesa del taladro, la herramienta llamada broca, realiza el movimiento de corte giratorio y de avance lineal, realizando el mecanizado de un agujero, teóricamente del mismo diámetro de la broca y de la profundidad deseada. - Cepilladora o Planeadora: Suelen ser de gran tamaño, tiene una mesa deslizante sobre la que se fija la pieza y que realiza el movimiento de corte deslizándose longitudinalmente, la cuchilla montada sobre un puente sobre la mesa se desplaza transversalmente en el movimiento de avance. El cepillado o planeado consiste en arrancar viruta horizontalmente a fin de obtener una o varias superficies planas en un cuerpo. - Mandrinadora o escariadora: Es una máquina que se utiliza para el mecanizado de agujeros de piezas cubicas que deben tener una tolerancia muy estrecha y una calidad de mecanizado buena. Está compuesto por una bancada donde hay una 8 Balverdi Gonzalo Andrés mesa giratoria para fijar las piezas que se van a mecanizar y una columna vertical por la que se desplaza el cabezal motorizado que hace girar al husillo portaherramientas donde se sujetan las barrinas de mandrinar. - Mortajadora: o limadora vertical es una maquina cuya herramienta, dotada de movimiento rectilíneo alternativo, arranca viruta, al moverse sobre piezas sobre la mesa de la máquina. El mortajado consiste en arrancar la viruta verticalmente, en un hueco o agujero, a fin de obtener una o varias ranuras longitudinales. - Brochadora: es una máquina herramienta diseñada y construida para poder mecanizar ranuras. Para ellos hace uso de sus brochas, herramientas de corte multifilo. El brochado consiste en hacer pasar forzadamente una herramienta especial llamada brocha en un agujero cilíndrico o sobre una superficie exterior, al objeto de transformar gradualmente el perfil mediante el arranque de viruta. - Sierras y máquinas de limar: Las máquinas de sierra están diseñadas para realizar cortes rectilíneos y curvilíneos generalmente en piezas de madera. Las principales son la sierra sin fin y la sierra circular de mesa. - Limadora: Es una máquina herramienta para el mecanizado de piezas por arranque de viruta, mediante el movimiento lineal alternativo de la herramienta. La mesa que sujeta la pieza a mecanizar realiza un movimiento de avance transversal. El limado consiste en arrancar viruta a fin de obtener una superficie plana o perfilada en un cuerpo. - Maquinas especiales o transfer: son máquinas específicas para una pieza o también una operación concreta. Combinan operaciones de mecanizado con otras de medición, montaje, embalaje, etc. Se basa en una secuencia de estaciones y en cada estación se realiza una operación. - Centros de mecanizado: es una máquina herramienta avanzada, controlada por computadora, que tiene la capacidad de realizar varias operaciones de maquinado en diferentes superficies y orientaciones de una pieza de trabajo sin tener que retirar de su dispositivo de sujeción. Por lo general dicha pieza se mantiene estacionaria y las herramientas de corte giran como lo hacen en el fresado, taladrado, rectificado y operaciones similares. ❖ Por arranque de viruta por abrasión y fenómenos eléctricos - Rectificadora: Es una máquina herramienta, utilizada para realizar mecanizados por abrasión, con mayor precisión dimensional y menores rugosidades que en el mecanizado por arranque de viruta. Las piezas que se rectifican son principalmente de acero endurecido mediante tratamiento térmico. El rectificado tiene por objeto corregir definitivamente una superficie, sea esta plana, cilíndrica, cónica, exterior o interior. La herramienta empleada se llama muela y la maquina rectificadora. - Bruñidora: Estas máquinas usan el concepto de afilado y generalmente están automatizadas, dando como resultado una superficie interna precisa de cavidad circular. El bruñido o lapidado es un proceso de acabado que mediante piedras abrasivas, y lubricante, proporciona características específicas a las superficies de las piezas como tolerancias, rugosidad y canales unidireccionales. - Maquinas por Electroerosión: La electroerosión es un proceso de fabricación también conocido como mecanizado por descarga eléctrica o EDM, consiste en la generación e unarco eléctrico entre una pieza y un electrodo de un medio dieléctrico para arrancar partículas de la pieza hasta conseguir reproducir en ellas las formas del electrodo. Los métodos más utilizados son: electroerosión por penetración y electroerosión por hilo. Maquinas Herramientas por deformación por presión y choque y corte - Prensas: la maquina utilizada para la mayoría de las operaciones de trabajo en frio y alguno en caliente, se conoce como prensa. Consiste en un bastidor que sostiene una bancada y un ariete, una fuente de potencia, y un mecanismo para mover el ariete linealmente y en ángulos rectos con relación de bancada. ▪ Prensas mecánicas: constan de un motor eléctrico que hace girar un volante de inercia que sirve de acumulador de energía. ▪ Prensas hidráulicas: se basan en el conocido principio de pascal, alimentándose un pistón de gran diámetro con fluido a alta presión y bajo caudal consiguiéndose altísimas fuerzas resultantes. - Molinos de laminación: Los molinos altamente automatizados producen placas y láminas de excelente calidad, con tolerancias cerradas, a altas velocidades de producción y con un bajo costo por unidad de masa. - Plegadora: Son máquinas diseñadas especialmente para le plegado de chapas; estas máquinas efectúan varios tipos de plegado: Plegado a fondo y Plegado al aire, teniendo en cuenta el espesor de la chapa. ▪ Plegadora manual ▪ Plegadora mecánica ▪ Plegadora Hidromecánica ▪ Plegadora Hidráulica 9 Balverdi Gonzalo Andrés - Punzonadoras: Es un tipo de máquina que se usa para perforar y conformar planchas de diferentes materiales usando un punzón y una matriz a semejanza de una prensa. - Maquinas Cizalladoras: son máquinas diseñadas para realizar operaciones de corte en materiales en forma de hoja, el espesor que pueden procesar varía entre 0,5mm hasta 16mm y la longitud máxima en las cizallas estándares llega hasta 6m. Elección de la máquina de Herramienta Factores: • Según el aspecto de la superficie que se desee obtener • Según las dimensiones del elemento a someter a la operación establecida previamente • Según la cantidad de piezas a producir • Según la precisión requerida 10 Balverdi Gonzalo Andrés
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