INTRODUCCIÓN A LOS PROCESOS DE MANUFACTURA

PRESENTADO POR

FABIAN ADOLFO GARCIA RIVERA

COD. 13744854

PRESENTADO A:

ALBERTO MARIO PERNETT

GRUPO 332571_13

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD

ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS DE TECNOLOGIA E INGENIERIA

PROGRAMA DE INGENIERIA INDUSTRIAL

2014

Parte I Consultar dentro del vínculo Entorno de conocimiento en la bibliografía de

la unidad 1 que aparece en este espacio, los siguientes temas:

Definición de manufactura: la palabra manufactura se deriva del latín manu factus, que significa hecho a mano. Es un producto industrial, es decir, es la transformación de las materias primas en un producto totalmente terminado que ya está en condiciones de ser destinado a la venta. También es considerada como la estructuración y organización de acciones que permiten a un sistema lograr una tarea determinada. La distribución de las manufacturas está a cargo del área de despachos de la empresa. Conocida además como industria secundaria, la manufactura engloba a una variedad enorme, artesanía, alta tecnología, entre otros, aunque generalmente al término se lo aplica para referirse a la producción industrial que transforma las materias primas en bienes terminados.La manufactura es la columna vertebral de cualquier nación industrializada. Su importancia queda enfatizada por el hecho que, como una actividad económica, comprende aproximadamente de 20 a 30 % del valor de todos los bienes y servicios producidos. La manufactura también involucra actividades en que el producto manufacturado mismo se utiliza para fabricar otros productos.

Capacidad de manufactura:

La planta de manufactura consiste en un conjunto de procesos y sistemas (y desde luego Trabajadores) diseñados para transformar una cierta clase limitada de materiales en productos con valor agregado. Estos tres pilares-materiales, procesos y sistemas-contribuyen la esencia de la manufactura moderna. Existe una gran independencia entre estos factores. Una empresa dedicada a la manufactura no lo puede hacer todo; sin embargo tiene que realizar solo ciertas cosas y debe hacerlas bien. La eficacia de la manufactura se refiere a las limitaciones físicas y técnicas de la empresa manufacturera y de cada una de sus plantas. Podemos identificar varias dimensiones de esta capacidad y aptitud: capacidad y aptitud tecnológica de proceso, 2 tamaño físico y peso del producto y 3, capacidad de producción.

Esta se refiere a las limitaciones técnicas y físicas de una empresa de manufactura, en esta se identifican varias dimensiones como:

Capacidad tecnológica de proceso:

Es el conjunto de procesos de manufactura con que dispone. La característica que distingue a estas plantas son los procesos que pueden ejecutar. La capacidad tecnológica se relaciona de cerca con el tipo de material. Al especializarse en determinado procesos o grupo de procesos, la planta se especializa de forma simultánea en ciertos tipos de materiales. Esta capacidad no solo incluye procesos físicos, sino también la experiencia que tiene el personal en dichas tecnologías. Las compañías deben concentrarse en el diseño y manufactura de productos que son compatibles con su capacidad tecnología de proceso. 

Tamaño físico y peso del producto:

Una planta con un conjunto dado de procesos está limitada en los términos de tamaño y el peso de los productos que pueden alojarse. Dicha limitación también extiende la capacidad física del equipo de manufactura. El conjunto de equipo de producción, manejo de materiales, capacidad de almacenamiento y tamaño de la planta, debe planearse para los productos que están dentro de cierto rango y tamaño.

Capacidad de producción: Se define como la tasa máxima de producción que una planta puede alcanzar en condiciones dadas de operaciones

El proceso de diseño y la ingeniería concurrente:

El proceso de diseño industrial conlleva la realización de un conjunto complejo de actividades, que varían según el proyecto concreto al que nos debamos enfrentar y en función del tipo de innovación que se requiera, en ellas intervienen la mayoría de los elementos de la organización empresarial y afecta a todo el proceso productivo

El proceso de diseño se suele dividir en cinco fases:Identificación de oportunidades o necesidadesEvaluación y selección de ideas.Desarrollo e ingeniería del producto y del proceso.Pruebas y evaluación (prototipos).

Comienzo de la producción.

1. Identificación de oportunidades o necesidades

Se obtiene información sobre las necesidades que tienen la sociedad o que tipo de producto reclama, tras lo que se decide: crear un producto innovador, introducir cambios significativos en un producto que ya existe, o introducir ligeras modificaciones en un producto existente.

Durante esta fase se fija el diseño del concepto, se seleccionan los mercados a los que se va a dirigir el producto, el nivel de rendimiento, los recursos necesarios y el previsible impacto financiero del nuevo producto.

Las principales fuentes de ideas para este proceso son:

Clientes, la opinión de los potenciales clientes es básica en el proceso de diseño y desarrollo de los nuevos productos.

Ingenieros y diseñadores, el personal del departamento de I+D+I aportará los últimos avances tecnológicos que pueden dar lugar a nuevos productos innovadores.

Competidores, mejorando el producto de la competencia pero basándose en su diseño inicial.

Alta dirección y empleados de la empresa, ya que son los que mejor conocen los procesos productivos existentes y las características reales de los productos fabricados.

Universidades y centros públicos de investigación, se debe aprovechar la capacidad investigadora de estas instituciones para conseguir nuevos desarrollos tecnológicos.

2. Evaluación y selección de ideas

Se seleccionan las ideas con más posibilidades de éxito, lo que conlleva un análisis de la viabilidad del producto desde distintos puntos de vista:

Viabilidad comercial, se debe analizar si existe un mercado para ese producto.

Viabilidad económica, se realiza un análisis coste-beneficio que nos permita estimar si el producto proporcionará un beneficio adecuado.

Viabilidad técnica, se comprueba que la empresa dispone de la capacidad técnica y tecnológica para la fabricación en serie del producto.

Valoración de las reacciones de la competencia, se debe tener en cuenta la posible reacción de la competencia ante nuestro lanzamiento.

Ajuste a los objetivos de la organización, los nuevos productos deben contribuir a alcanzar los objetivos establecidos por la empresa.

3. Desarrollo e ingeniería del producto y del proceso

En esta fase se llevan a cabo la mayoría de las actividades de diseño de detalle y de desarrollo del producto, así como de los procesos productivos necesarios para la fabricación y posterior lanzamiento al mercado.

4. Pruebas y evaluación (prototipos)

Se realizan las pruebas y se evalúan los diseños realizados, para lo se procede a la fabricación de prototipos y se simula el proceso de fabricación, tratando de detectar todas las posibles deficiencias, tanto del nuevo producto como del proceso de fabricación.

Simultáneamente se realizan pruebas de mercado para simular las condiciones reales a las que debe enfrentarse el nuevo producto, se pueden realizar hipotéticamente en un laboratorio, o en una zona del mercado, que resulte representativa, donde se va a dirigir el producto, para seleccionar la estrategia de lanzamiento más adecuada y poder prever la cifra de ventas.

5. Comienzo de la producción

Si los resultados de la evaluación y pruebas son propicios se culmina el proceso con la fabricación a gran escala del producto, se inicia el proceso de lanzamiento del nuevo producto, su distribución inicial y todas las operaciones necesarias para apoyar su irrupción en el mercado.

El proceso se realiza de forma iterativa hasta conseguir el diseño más adecuado a las exigencias de los consumidores. A este proceso iterativo se le conoce como Ciclo de diseño-fabricación-prueba.

la ingeniería concurrente:La ingeniería concurrente es un esfuerzo sistemático para un diseño integrado, concurrente del producto y de su correspondiente proceso de fabricación y de servicio. Pretende que los desarrolladores, desde un principio, tengan en cuenta todos los elementos del ciclo de vida del producto, desde el diseño conceptual, hasta su disponibilidad incluyendo calidad, costo y necesidades de los clientes. Persigue un estudio sistemático, simultáneo, en el momento del desarrollo del producto, de las necesidades de mercado que va a cubrir, de los requisitos de calidad y costos, de los medios y métodos de fabricación, venta y servicio necesarios para garantizar la satisfacción del cliente.

Involucra el trabajo coordinado y simultáneo de los diversos departamentos de la empresa: Marketing, Ingeniería del Producto, Ingeniería del Proceso, Producción, Calidad, Ventas, Mantenimiento, Costos, etc.

La ingeniería concurrente sustituye el típico entorno de trabajo en el desarrollo y fabricación del producto basado en un diagrama secuencial de actuación de los distintos departamentos, por un trabajo concurrente, simultáneo, en equipo, de todos a partir del mismo momento en que se inicia el proceso.

Los materiales en la manufactura:

La mayoría de los materiales de ingeniería pueden clasificarse en: metales y no metales dentro de la categoría de los no metálicos se tiene a: los cerámicos y polímeros; entre los metales los cerámicos y los polímetros se forma un grupo de tres materiales básicos utilizados en la manufactura. Tanto sus características químicas como sus propiedades físicas y mecánicas son diferentes; estas diferencias afectan los procesos de manufactura. Además de estas tres categorías básicas existe otra: los materiales compuestos, los cuales son mezclas no homogéneas de los otros tres tipos básicos de materiales.

Clasificación de los procesos de manufactura:

De manera general los procesos de manufactura se clasifican en cinco grupos:

1. Procesos que cambian la forma del materialMetalurgia extractivaFundiciónFormado en frío y en calienteMetalúrgica de los polvosMoldeo de plásticos

2. Procesos que provocan desprendimiento de viruta para obtener la forma, Terminado y tolerancias de las piezas deseadas.Maquinado con arranque de viruta convencionalTornoFresadoCepilladoTaladradoBrochadoRimado

3. Procesos para acabar superficiesPor desprendimiento de virutaPor pulidoPor recubrimiento

4. Procesos para el ensamble de materialesEnsambles temporalesEnsambles permanentes

5. Procesos para cambiar las propiedades físicas de los materiales.Tratamientos térmicosTratamientos químicos 

Sistemas de producción:Un sistema en sí puede ser definido como un conjunto de partes interrelacionadas que existen para alcanzar un determinado objetivo. Donde cada parte del sistema puede ser un departamento un organismo o un subsistema. De esta manera una empresa puede ser vista como un sistema con sus departamentos como subsistemas.

Un sistema puede ser abierto o cerrado. Los sistemas cerrados (o mecánicos) funcionan de acuerdo con predeterminadas relaciones de causa y efecto y

mantienen un intercambio predeterminado también con el ambiente, donde determinadas entradas producen determinadas salidas. En cambio un sistema abierto (u orgánico) funciona dentro de relaciones causa-efecto desconocida e indeterminada y mantienen un intercambio intenso con el ambiente.

En realidad las empresas son sistemas completamente abiertos con sus respectivas dificultades. Las empresas importan recursos a través de sus entradas, procesan y transforman esos recursos y exportan el resultado de ese procesamiento y transformación de regreso al ambiente a través de sus salidas. La relación entradas/salidas indica la eficiencia del sistema.

Un sistema de producción es entonces la manera en que se lleva a cabo la entrada de las materias primas (que pueden ser materiales, información, etc.) así como el proceso dentro de la empresa para transformar los materiales y así obtener un producto terminado para la entrega de los mismos a los clientes o consumidores, teniendo en cuenta un control adecuado del mismo.

RESUMEN

La manufactura es un producto industrial, que transforma las materias primas en un producto totalmente terminado que ya está en condiciones de ser destinado a la venta. En es este proceso involucra la combinación de máquinas, herramientas, energía y trabajo manual.La manufactura es la columna vertebral de cualquier nación industrializada. Su importancia queda enfatizada por el hecho que, como una actividad económica, comprende aproximadamente de 20 a 30 % del valor de todos los bienes y servicios producidos. La manufactura también involucra actividades en que el producto manufacturado mismo se utiliza para fabricar otros productos.

La capacidad de manufactura se refiere a las limitaciones técnicas y físicas de una empresa de manufactura, en esta se identifican varias dimensiones como:

Capacidad tecnológica de proceso que es el conjunto de procesos de manufactura con que dispone.

Tamaño físico y peso del producto: Una planta con un conjunto dado de procesos está limitada en los términos de tamaño y el peso de los productos que pueden alojarse.

Capacidad de producción: La planta de manufactura consiste en un conjunto de procesos y sistemas (y desde luego Trabajadores) diseñados para transformar una cierta clase limitada de materiales en productos con valor agregado. Estos tres pilares-materiales, procesos y sistemas-contribuyen la esencia de la manufactura moderna. Existe una gran independencia entre estos factores. Una empresa dedicada a la manufactura no lo puede hacer todo; sin embargo tiene que realizar solo ciertas cosas y debe hacerlas bien.

 Se define como la tasa máxima de producción que una planta puede alcanzar en condiciones dadas de operaciones

E l proceso de diseño industrial conlleva la realización de un conjunto complejo de actividades, que varían según el proyecto concreto al que nos debamos enfrentar y en función del tipo de innovación que se requiera, en ellas intervienen la mayoría de los elementos de la organización empresarial y afecta a todo el proceso productivo. La ingeniería concurrente es un esfuerzo sistemático para un diseño integrado, concurrente del producto y de su correspondiente proceso de fabricación y de

servicio. Pretende que los desarrolladores, desde un principio, tengan en cuenta todos los elementos del ciclo de vida del producto, desde el diseño conceptual, hasta su disponibilidad incluyendo calidad, costo y necesidades de los clientes. Persigue un estudio sistemático, simultáneo, en el momento del desarrollo del producto, de las necesidades de mercado que va a cubrir, de los requisitos de calidad y costos, de los medios y métodos de fabricación, venta y servicio necesarios para garantizar la satisfacción del cliente.

Involucra el trabajo coordinado y simultáneo de los diversos departamentos de la empresa: Marketing, Ingeniería del Producto, Ingeniería del Proceso, Producción, Calidad, Ventas, Mantenimiento, Costos, etc.

La ingeniería concurrente sustituye el típico entorno de trabajo en el desarrollo y fabricación del producto basado en un diagrama secuencial de actuación de los distintos departamentos, por un trabajo concurrente, simultáneo, en equipo, de todos a partir del mismo momento en que se inicia el proceso.

La mayoría de los materiales de ingeniería pueden clasificarse en: metales y no metales dentro de la categoría de los no metálicos se tiene a: los cerámicos y polímeros; entre los metales los cerámicos y los polímetros se forma un grupo de tres materiales básicos utilizados en la manufactura. Tanto sus características químicas como sus propiedades físicas y mecánicas son diferentes; estas diferencias afectan los procesos de manufactura. Además de estas tres categorías básicas existe otra: los materiales compuestos, los cuales son mezclas no homogéneas de los otros tres tipos básicos de materiales.

Los procesos de manufactura de clasifican en cinco grupos

1. Procesos que cambian la forma del material Metalurgia extractiva, Fundición, Formado en frío y en caliente, Metalúrgica de los polvos, Moldeo de plásticos2. Procesos que provocan desprendimiento de viruta para obtener la forma, Terminado y tolerancias de las piezas deseadas. Maquinado con arranque de viruta convencional, Torno, Fresado, Cepillado, Taladrado, Brochado, Rimado.

3. Procesos para acabar superficies por desprendimiento de viruta, por pulido, por recubrimiento

4. Procesos para el ensamble de materiales, Ensambles temporales, Ensambles permanentes

5. Procesos para cambiar las propiedades físicas de los materiales. Tratamientos térmicos, tratamientos químicos.

Sistemas de producción; Un sistema en sí puede ser definido como un conjunto de partes interrelacionadas que existen para alcanzar un determinado objetivo. Donde cada parte del sistema puede ser un departamento un organismo o un subsistema. Un sistema de producción es entonces la manera en que se lleva a cabo la entrada de las materias primas (que pueden ser materiales, información, etc.) así como el proceso dentro de la empresa para transformar los materiales y así obtener un producto terminado para la entrega de los mismos a los clientes o consumidores, teniendo en cuenta un control adecuado del mismo.

Parte IIConsultar dentro del vínculo Entorno de conocimiento en la bibliografía de la unidad 1 que aparece en este espacio, los siguientes temas:

Competitividad global Diseño y manufactura ambiental con conciencia global Manufactura de clase mundial Manufactura esbelta Automatización de los procesos de manufactura Manufactura integrada por computador (CIM)

Realizar un ensayo de máximo tres páginas sobre la manufactura en ambiente competitivo.

Competitividad global:

La economía de la manufactura siempre ha resultado un factor principal, y todavía más conforme la competencia internacional (competitividad global) para todos de alta calidad (manufactura de clase mundial) y los precios bajos se han convertido en un hecho simple en los mercados mundiales.

A partir de la década de 1960; se han desarrollado las tendencias siguientes, que han tenido un importante impacto sobre la manufactura:

La competencia global se ha incrementado tapidamente, y los mercados se convirtieron en multinacionales y dinámicos.

Las condiciones del mercado fluctuaron de una manera amplia. Los clientes demandaban alta calidad, productos de bajo costo y entregas a

tiempo. La variedad de los productos se incremento substancialmente y se hicieron

técnicamente complejos. Los ciclos de la vida de los productos se hizo más corta.

Hacer frente a esas necesidades y al mismo tiempo mantener bajos los costos resulta un reto constante para las compañías de manufactura y es un problema vital para su propia supervivencia.

Habitualmente, los costos de manufactura representan aproximadamente un cuarenta por ciento del precio de venta de un

producto. Reducir este precio conlleva, por tanto, una serie de principio de diseño para la producción económica.Los que se están siguiendo recientemente son los siguientes:

El diseño debe hacer que el producto sea tan simple como sea posible en su manufactura, ensamblaje, des ensamblaje y reciclaje.

Los materiales deben seleccionarse en función de sus características apropiadas de manufactura.

La precisión dimensional y el acabado superficial deben especificarse tan ampliamente como sea posible, para minimizar los costes de manufactura.

Las operaciones secundarias y de acabado de las piezas deben evitarse o minimizarse, porque aumentan los costos de forma significativa.

Diseño y manufactura ambiental con conciencia global

En Estados Unidos solamente, todos los años se descartan nueve millones de automóviles y 285 millones de llantas; aproximadamente 100 millones de dichas llantas se reutilizan de diversas maneras. Todos los años se desechan unos cinco mil millones de kilogramos de productos plásticos. Cada tres meses, las industrias y los consumidores desechan suficiente aluminio como para reconstruir la flota aérea comercial de todo el país. En Alemania, todos los años se desechan800.000 toneladas de televisores, radios y aparatos de computación.Se están produciendo muchos avances en relación con todo esto, y en la industria ha comenzado a emplearse el término diseño y manufactura con conciencia ambiental, lo que indica el amplio alcance del problema. Se está haciendo especial énfasis en el diseño para el entorno (DFE) o diseño verde. Este procedimiento anticipa el impacto ambiental negativo posible de materiales, productos y procesos, para que puedan tomarse en consideración desde las primeras etapas del diseño de la producción. Los objetivos principales son evitar la contaminación en la fuente y promover el reciclaje y reutilización en vez de la eliminación. Estas metas han llevado al concepto de Diseño para el reciclaje.Muchos subproductos provenientes de las plantas de manufactura se han descartado durante el transcurso de los años. Arena que contiene aditivos utilizados los procesos de fundición de metal; agua, aceite y otros fluidos de instalaciones de tratamiento térmico y de operaciones de electro depositó; escorias de la fundiciones y de operaciones como el formato de laminas, la fundición y el moldeo.

Los adversos efectos presentes y futuros de estas actividades, su daño a nuestro entorno y al ecosistema de la tierra y de manera ultima su efecto en la calidad de la vida humana está ahora bien reconocida por el público, así como por los gobiernos locales y federales. Piense en los efectos de la contaminación del agua y del aire, de la lluvia acida, de la desaparición del ozono, del efecto invernadero, de los desperdicios peligrosos, d las infiltraciones d tierra de relleno y del calentamiento global.

En respuesta a estas preocupaciones de importancia, se han promulgado muchas y diversas leyes y reglamentaciones por gobiernos locales, estatales y federales, así como por organizaciones profesionales, tanto de estados unidos como de otros países. Estas reglamentaciones por lo general son severas y su implementación tiene impacto de importancia en la operación económica y en la salud financiera de las organizaciones industriales.

Se puede ganar mucho mediante un análisis cuidadoso de los productos, su diseño, los materiales que se utilizan en los mismos y los procesos y prácticas de manufactura que se emplean en su fabricación. En este análisis se pueden seguir ciertas guías de acción.

Reducir el desperdicio de materiales en su fuente, mediante refinamientos en el diseño del producto y reduciendo la cantidad de materiales utilizados.

Llevando a cabo investigación y desarrollo en productos ambientalmente seguros y en tecnologías de manufactura.

Reducir el uso de materiales riesgosos en productos y procesos. Asegurar un manejo y disposición apropiada de todo el desperdicio Efectuar mejorías en el reciclaje; en el tratamiento del desperdicio y en la

reutilización de los materiales.

Está ocurriendo muchos desarrollos en relación con todos asuntos, y el término diseño y manufactura con conciencia ambiental se ha hecho ahora de uso en la industria, lo que es un desarrollo que dicha un alcance amplio del problema. Un énfasis de importancia se encuentra en el diseño para el entorno (DFE) o diseño verde. Este procedimiento anticipa el impacto ambiental negativo posible de materiales, productos y procesos, para que puedan ser tomadas en consideración en las primerísimas etapas del diseño de la producción. Los objetivos principales ahora son evitar la contaminación en la fuente y promover el reciclaje y reutilización en vez de la eliminación. Estas metas han llevado el concepto del diseño para el reciclaje (DFR)

Manufactura de clase mundial

 Este concepto se refiere al hecho de estar aprovechando todos los avances que van apareciendo en el campo de la manufactura, para lograr competitividad a nivel global mundial en: costo, calidad, entrega a tiempo. Se encuentra integrada por cinco estrategias básicas que son: 1.-administración de la calidad total ( TQM)= cero defectos en el producto, 2.- justo a tiempo (JIT) = cero inventarios innecesarios, 3.- mantenimiento productivo total (MPT)= cero fallas de equipo productivo, 4.-procesos de mejoramiento continuo (PMC). 5.- manufactura esbelta (lean) = cero despilfarros o desperdicios por lo tanto reducción de costos.

La producción o manufactura es la creación de bienes y servicios. Buscaremos ejemplificar mediante el giro de servicios la manufactura de clase mundial. Una función de clase mundial es aquella que obtiene mejoras continuas para satisfacer los requerimientos del cliente.

"Dentro de los procesos de de manufactura se tienen objetivos tanto primarios, como secundarios. Los primarios se refieren a características del  producto requeridos, mientras que el secundario habla de la eficacia óptima de los recursos empleados para obtener los productos y a su vez lograr la exactitud de la pieza, economía, y rapidez en la ejecución de las actividades, así como obtener la facilidad de fabricación y el menor costo de producción" (Render; Heizer, 1994).

Tenemos que el camino a seguir para alcanzar la manufactura de clase mundial está formado por cinco estrategias básicas como lo son: (González, 1994).

1. Administración de la calidad total (TQM)=Cero defectos: Aquí cada persona se encuentra identificada con la empresa. Lo que se busca es hacer partícipe al empleado de la filosofía de la organización. Para ello existen tres conceptos básicos dentro de la manufactura de clase mundial (Koening, 1997) que son los siguientes:

Involucrar al empleado. Esta práctica se da mediante la participación activa del empleado dentro de las actividades de la organización. Existen diferentes comités en los cuales el empleado puede participar y expresar sus ideas, así mismo se cuenta con una política de puerta abierta con la cual se hacer saber al empleado que su opinión es importante y que de no encontrar solución a su problema, puede acudir a personal de mayor rango para exponer su problema.

Benchmarking.- Seleccionando un estándar de desempeño. Existen diferentes porcentajes para medir el trabajo del personal, así mismo se proporcionan dichos estándares a la persona y en base a ellos se realiza en trabajo, si alguno de ellos logra reducir el porcentaje, este se tomaría como nuevo determinador y base para el trabajo posterior. Siempre buscando mejorar el trabajo desempeñado anteriormente.

Conocimiento de las herramientas de TQM: Podemos decir que de lo mas utilizado son las gráficas de flujo de proceso, diagrama de causa-efecto, y control estadístico de procesos, actividades para lograr el aseguramiento de la calidad.

2. Justo a Tiempo (JIT)= Cero inventarios: "El JIT es una estrategia para mejorar de manera permanente la calidad y productividad basada en el potencial de las personas, y en el logro de mayor velocidad en todos los procesos de trabajo" (Zalatán, 1994).

En base a la definición anterior y desglosándola un poco tenemos que la productividad se basa en las personas. El factor humano es de lo mas importante en este giro, ya que son ellos los que hacen posible la manufactura de servicios. Es el personal quien maneja las maquinas y realiza los procesos para a final de cuentas brindar un servicio de calidad.

3.  Mantenimiento Productivo Total (MPT) =Cero fallas: El MPT es el mantenimiento que implica una participación total de los integrantes de la empresa para maximizar la efectividad del equipo (González, 1994). Cada miembro de la organización está consciente de que debe dar su máximo esfuerzo en el trabajo que realiza. El concepto calidad está presente en cada momento de la operación, ya que es bien sabido que si el trabajo que se realiza en esta etapa del proceso falla, las repercusiones posteriores harán perder dinero a la empresa.

4. Procesos de Mejoramiento Continuo (PMC). "PMC es un conjunto de actividades en la empresa orientada a generar mayores beneficios y a hacer más competitiva la organización" (González, 1994). Además del trabajo que realizan los planeadores de rayados se cuenta con un departamento de checa dores que dan el último toque al rayado. Con esto se busca perfeccionar o detallar el trabajo previamente realizado, además de cerciorarse de que se enmienden posibles errores cometidos.

5. Manufactura esbelta (Lean).- Lean es básicamente todo lo concerniente a obtener las cosas correctas en el lugar correcto, al momento correcto, la cantidad correcta, minimizando el despilfarro, siendo flexible y estando abierto al cambio.  El cumplir con la filosofía lean,   invariablemente nos lleva a una reducción en el costo de producción y por lo tanto en el costo del producto  al

cliente final.  La reducción del costo conlleva a un crecimiento en la demanda del producto y por lo tanto en un crecimiento de nuestro sistema de manufactura.

Las empresas, para establecer los niveles de desempeño de la manufactura de Clase Mundial, deben incorporar los últimos avances en sistemas de producción y tecnología.

Existen tres puntos importantes dentro de la productividad que cabe destacar también son indispensables dentro de la manufactura:

Mano de obra.- La mejora en la contribución de la mano de obra a la productividad es el resultado de una fuerza laboral más sana, mejor educada, y mejor fomentada. Desde el momento de la contratación se busca personal con perfil acorde a los requerimientos de la organización. Todo esto con el fin de lograr el mejor desempeño de la persona dentro de sus funciones, y poder seguir capacitándole dentro de su área.

Capital.- Es importante porque los seres humanos utilizan herramientas que se proveen mediante la inversión de capital. Este desembolso de capital se ve reflejado en el material de operación necesario para el buen desempeño de las actividades de la organización. Maquinaria, herramientas de trabajo, sistemas de redes, etc.

Arte y Ciencia de la Administración.- Las artes y ciencias de la administración proporcionan la mejor oportunidad para el crecimiento en la productividad. Mediante una buena administración se pueden lograr alcanzaron los objetivos previamente establecidos. Son la guía para el buen funcionamiento de la empresa.

Un país no puede ser competidor de clase mundial con insumos de segunda calidad. Si se tiene personal poco capacitado, con tecnología inadecuada, faltos de capital, y una mala administración es poco probable que se pueda sobresalir dentro del ámbito laboral, y mucho menos considerarse una empresa de clase mundial. Para tener alta productividad y producto final de alta calidad es necesario contar primero con insumos de alta calidad.

Manufactura esbelta:

Manufactura Esbelta son varias herramientas que le ayudará a eliminar todas las operaciones que no le agregan valor al producto, servicio y a los procesos, aumentando el valor de cada actividad realizada y eliminando lo que no se requiere. Reducir desperdicios y mejorar las operaciones, basándose siempre en el respeto al trabajador. La Manufactura Esbelta nació en Japón y fue concebida por los grandes gurús del Sistema de Producción Toyota: William Edward Deming, Taiichi Ohno, Shigeo Shingo, Eijy Toyoda entre algunos.

El sistema de Manufactura Flexible o Manufactura Esbelta ha sido definida como una filosofía de excelencia de manufactura, basada en:

La eliminación planeada de todo tipo de desperdicio El respeto por el trabajador: Kaizen La mejora consistente de Productividad y Calidad

Los principales objetivos de la Manufactura Esbelta es implantar una filosofía de Mejora Continua que le permita a las compañías reducir sus costos, mejorar los procesos y eliminar los desperdicios para aumentar la satisfacción de los clientes y mantener el margen de utilidad.

Manufactura Esbelta proporciona a las compañías herramientas para sobrevivir en un mercado global que exige calidad más alta, entrega más rápida a más bajo precio y en la cantidad requerida. Específicamente, Manufactura Esbelta:

Reduce la cadena de desperdicios dramáticamente Reduce el inventario y el espacio en el piso de producción Crea sistemas de producción más robustos Crea sistemas de entrega de materiales apropiados Mejora las distribuciones de planta para aumentar la flexibilidad Beneficios

La implantación de Manufactura Esbelta es importante en diferentes áreas, ya que se emplean diferentes herramientas, por lo que beneficia a la empresa y sus empleados. Algunos de los beneficios que genera son:

Reducción de 50% en costos de producción Reducción de inventarios Reducción del tiempo de entrega (lead time) Mejor Calidad Menos mano de obra Mayor eficiencia de equipo Disminución de los desperdicios

- Sobreproducción

- Tiempo de espera (los retrasos)

- Transporte

- El proceso

- Inventarios

- Movimientos

- Mala calidad

Automatización de los procesos de manufactura:

Antiguamente para aumentar la producción, era necesario idear la manera más efectiva de evitar los “tiempos muertos” en la producción. Esto dio lugar al proceso de “Producción Continua” con cadenas de montaje para la fabricación de piezas en serie.La automatización libera al ser humano no solo del trabajo físico, sino también, y cada vez en mayor medida, de la actividad intelectual; por lo que las personas se ven obligadas a adoptar nuevas conductas y formas de pensar frente a los autómatas.La producción automatizada desplaza el trabajo humano hacia tareas de supervisión y decisión. La racionalización de la empresa libera sobre todo a los operarios menos calificados, mientras que la organización del trabajo tecnifica cada vez más la planificación, normalización y gestión del proceso del trabajo.La Automatización es la ejecución automática y coordinada de las tareas necesarias para operar el proceso en forma óptima, ajustando su desempeño a los lineamientos establecidos por los organismos de dirección. La automatización se aplica desde el trabajo manual hasta los sistemas CIM.

Tecnologías básicas para Automatizar

Neumática: movimientos lineales y rápidos. Hidráulica: movimientos de alta potencia. Mecánica: mecanismos y accionamientos. Electricidad: motores y herramientas. Electrónica: control y comunicaciones

Componentes de la Automatización de los procesos manufacturados son:

Controladores Actuadores Sensores Software Redes

Manufactura integrada por computador (CIM):

Las metas principales de la automatización en instalaciones de manufactura es integrar diversas operaciones de forma que se mejore la productividad, se incremente la calidad y la uniformidad del producto, se minimicen los tiempos del ciclo y se reduzcan los costes de mano de obra.Pocos desarrollos en la historia de la manufactura han tenido un impacto tan significativo como las computadoras, que se emplean ahora en una amplia gama de aplicaciones que incluyen el control y la optimización de los procesos de manufactura, manejo de materiales, ensamblaje, inspección y prueba automatizada de los productos, control de inventarios y numerosas actividades administrativas. El uso de las computadoras se ha extendido a la llamada manufactura integrada por computadora (CIM). Las principales aplicaciones de las computadoras en la manufactura son, en resumen, las siguientes:

Control numérico por computadora (CNC). Se trata de un método para controlar los movimientos de los componentes de las máquinas mediante la inserción directa de instrucciones codificadas en forma de datos numéricos. El control numérico fue implementado por vez primera en la década de los cincuenta, constituyendo un adelanto de importancia en la automatización de las máquinas.

Control adaptativo (AC). Los parámetros en un proceso de manufactura se ajustan de manera automática para optimizar la tasa de producción y la calidad del producto y minimizar el costo. Los parámetros como fuerza, temperaturas, acabado superficial y dimensiones de la pieza se vigilan de manera constante. Si se mueven fuera del rango aceptable, el sistema ajusta las variables del proceso hasta que los parámetros quedan de nuevo dentro del rango de valores determinado.

Robots industriales. Introducidos a comienzos de la década de los sesenta, los robots industriales han venido reemplazando a los seres humanos en

toda una serie de operaciones. Se están desarrollando robots con capacidades de percepción sensorial (robots inteligentes), con movimientos que simulan los de los seres humanos.

Manejo automatizado de los materiales, tanto en las diversas etapas de fabricación como en el movimiento de almacenes y de unas máquinas a otras, así como en los puntos de inspección de inventarios y embarques.

Sistemas de ensambles automatizados y robóticos. Los productos tienden a ser diseñados de forma que puedan ensamblarse más fácilmente a máquina.

Planificación de procesos asistida por computadora (CAPP). Esta herramienta permite mejorar la productividad en una planta al optimizar los planes de proceso, reducir los costos de planificación y mejorar la consistencia de la calidad y la fiabilidad del producto. Al sistema pueden incorporarse también funciones tales como la estimación de los costos y la vigilancia de los estándares de trabajo.

Tecnología de grupo (GT). Las piezas se pueden agrupar y producir clasificándolas en familias, de acuerdo con similitudes de diseño y similitudes en los procesos de manufactura empleados para su producción. Así pueden estandarizarse los diseños de las piezas y los planes de proceso, y las familias de partes similares pueden producirse de manera eficiente y económica.

Producción justo a tiempo ( jit). Los suministros se entregan justo a tiempo para subensamblarlos y ensamblarlos, los productos se terminan justo a tiempo para ser entregados al cliente. Lo esencial es que los costos de inventario se reduzcan, los defectos de las piezas se detecten de inmediato, se incremente la productividad y se fabriquen productos de alta calidad a bajo costo.

Manufactura celular. Consiste en la utilización de estaciones de trabajo_celdas de manufactura_, que por lo general contienen varias máquinas controladas por un robot central, cada una de las cuales ejecuta una operación diferente sobre la pieza.

Ensayo

En la economía de la manufactura siempre ha resultado un factor principal, y todavía más conforme la competencia internacional para todos de alta calidad y los precios bajos se ha convertido en un hecho simple en los mercados mundiales. Además han desarrollado las tendencias que han tenido un importante impacto sobre la manufactura, como lo es la competencia global se ha incrementado rápidamente, y los mercados se convirtieron en multinacionales y dinámicos, las condiciones del mercado fluctuaron de una manera amplia. Los clientes demandaban alta calidad, productos de bajo costo y entregas a tiempo. La variedad de los productos se incremento substancialmente y se hicieron técnicamente complejos. Los ciclos de la vida de los productos se hicieron más corta. Hacer frente a esas necesidades y al mismo tiempo mantener bajos los costos resulta un reto constante para las compañías de manufactura y es un problema vital para su propia supervivencia. Es importante destacar que el diseño y manufactura ambiental con conciencia global, esta para brindar soluciones para cuidar el medio ambiente y no seguir contaminando a costa de hacer dinero y seguir produciendo cada vez mas desechos contaminantes sin darles un nuevo uso. Sin pensar en el futuro de las generaciones presentes y las que están por venir.Debido a este problema se están produciendo muchos avances en relación con todo esto, y en la industria ha comenzado a emplearse el término diseño y manufactura con conciencia ambiental, lo que indica el amplio alcance del problema. Se está haciendo especial énfasis en el diseño para el entorno (DFE) o diseño verde. Este procedimiento anticipa el impacto ambiental negativo posible de materiales, productos y procesos, para que puedan tomarse en consideración desde las primeras etapas del diseño de la producción. Los objetivos principales son evitar la contaminación en la fuente y promover el reciclaje y reutilización en vez de la eliminación. Estas metas han llevado al concepto de Diseño para el reciclaje

Manufactura de clase mundial, se refiere al hecho de estar aprovechando todos los avances que van apareciendo en el campo de la manufactura, para lograr competitividad a nivel global mundial en: costo, calidad, entrega a tiempo. Se encuentra integrada por cinco estrategias básicas que son: 1.-administración de la calidad total ( TQM)= cero defectos en el producto, 2.- justo a tiempo (JIT) = cero inventarios innecesarios, 3.- mantenimiento productivo total (MPT)= cero fallas de equipo productivo, 4.-procesos de mejoramiento continuo (PMC). 5.- manufactura esbelta (lean) = cero despilfarros o desperdicios por lo tanto reducción de costos.La producción o manufactura es la creación de bienes y servicios. Buscaremos ejemplificar mediante el giro de servicios la manufactura de clase mundial. Una

función de clase mundial es aquella que obtiene mejoras continuas para satisfacer los requerimientos del cliente.

Manufactura Esbelta son varias herramientas que le ayudará a eliminar todas las operaciones que no le agregan valor al producto, servicio y a los procesos, aumentando el valor de cada actividad realizada y eliminando lo que no se requiere. Reducir desperdicios y mejorar las operaciones, basándose siempre en el respeto al trabajador. La Manufactura Esbelta nació en Japón y fue concebida por los grandes gurús del Sistema de Producción Toyota: William Edward Deming, Taiichi Ohno, Shigeo Shingo, Eijy Toyoda entre algunos.

La Automatización de los procesos de manufactura, es la llegada de las maquinas, tecnología desplazando cada día mas al ser humano. Ya que con esta tecnología el trabajo se hace más rápido a menor costo. Antiguamente para aumentar la producción, era necesario idear la manera más efectiva de evitar los “tiempos muertos” en la producción. Esto dio lugar al proceso de “Producción Continua” con cadenas de montaje para la fabricación de piezas en serie.La automatización libera al ser humano no solo del trabajo físico, sino también, y cada vez en mayor medida, de la actividad intelectual; por lo que las personas se ven obligadas a adoptar nuevas conductas y formas de pensar frente a los autómatas. La producción automatizada desplaza el trabajo humano hacia tareas de supervisión y decisión. La racionalización de la empresa libera sobre todo a los operarios menos calificados, mientras que la organización del trabajo tecnifica cada vez más la planificación, normalización y gestión del proceso del trabajo.

Las metas principales de la automatización en instalaciones de manufactura es integrar diversas operaciones de forma que se mejore la productividad, se incremente la calidad y la uniformidad del producto, se minimicen los tiempos del ciclo y se reduzcan los costes de mano de obra. Pocos desarrollos en la historia de la manufactura han tenido un impacto tan significativo como las computadoras, que se emplean ahora en una amplia gama de aplicaciones que incluyen el control y la optimización de los procesos de manufactura, manejo de materiales, ensamblaje, inspección y prueba automatizada de los productos, control de inventarios y numerosas actividades administrativas. El uso de las computadoras se ha extendido a la llamada manufactura integrada por computadora (CIM). Las principales aplicaciones de las computadoras en la manufactura son, en resumen, las siguientes: 1. Control numérico por computadora (CNC). Se trata de un método para controlar los movimientos de los componentes de las máquinas mediante la inserción directa de instrucciones codificadas en forma de datos numéricos. El control adaptativo (AC). Los parámetros en un proceso de manufactura se ajustan de manera automática para optimizar la tasa de producción y la calidad del producto y minimizar el costo. 3. Los robots industriales. Introducidos a comienzos de la década de los sesenta, los robots industriales han venido reemplazando a los seres humanos en toda una serie de operaciones. Se están desarrollando robots con capacidades de percepción sensorial (robots inteligentes), con

movimientos que simulan los de los seres humanos. 4. El manejo automatizado de los materiales, tanto en las diversas etapas de fabricación como en el movimiento de almacenes y de unas máquinas a otras, así como en los puntos de inspección de inventarios y embarques. 5. Sistemas de ensambles automatizados y robóticos. Los productos tienden a ser diseñados de forma que puedan ensamblarse más fácilmente a máquina. 6. Planificación de procesos asistida por computadora (CAPP). Esta herramienta permite mejorar la productividad en una planta al optimizar los planes de proceso, reducir los costos de planificación y mejorar la consistencia de la calidad y la fiabilidad del producto. Al sistema pueden incorporarse también funciones tales como la estimación de los costos y la vigilancia de los estándares de trabajo. 7. Tecnología de grupo (GT). Las piezas se pueden agrupar y producir clasificándolas en familias, de acuerdo con similitudes de diseño y similitudes en los procesos de manufactura empleados para su producción. Así pueden estandarizarse los diseños de las piezas y los planes de proceso, y las familias de partes similares pueden producirse de manera eficiente y económica. 8. Producción justo a tiempo (JIT). Los suministros se entregan justo a tiempo para subensamblarlos y ensamblarlos, los productos se terminan justo a tiempo para ser entregados al cliente. Lo esencial es que los costos de inventario se reduzcan, los defectos de las piezas se detecten de inmediato, se incremente la productividad y se fabriquen productos de alta calidad a bajo costo. 9. Manufactura celular. Consiste en la utilización de estaciones de trabajo_celdas de manufactura_, que por lo general contienen varias máquinas controladas por un robot central, cada una de las cuales ejecuta una operación diferente sobre la pieza.

Parte IIIConsultar dentro del vínculo Entorno de conocimiento en la bibliografía de la unidad 1 que aparece en este espacio, los siguientes temas:

La estructura atómica y los elementos Estructuras cristalinas Estructuras no cristalinas Granos y fronteras de grano Recuperación, recristalización y crecimiento de grano Trabajo en frio y trabajo en caliente Materiales de ingeniería Propiedades físicas de los materiales Comportamiento mecánico, prueba y propiedades de manufactura

de los materiales Metales Materiales cerámicos Polímeros Materiales compuestos

Buscar en el mercado (ferreterías, almacenes especializados) tres productos, tomarle una foto a cada uno, colocarlas en un documento, en donde además deben identificar para cada producto, el material o materiales de fabricación del mismo y describir las propiedades de cada uno.

La estructura atómica y los elementosLa unidad estructural básica de la materia es el átomo. Cada átomo está compuesto de un núcleo cargado positivamente rodeado de un número suficiente de electrones cargados negativamente, de manera que sus cargas se equilibren. El número de electrones indica el número de atómico y el elemento que se trata. Existen más de 100 elementos (sin contar algunos extras que ha sido sintetizados artificialmente), y estos son los constituyentes químico de toda la materia.

Así como hay diferencias entre los elementos, también existen similitudes. Los elementos pueden agruparsen en familias y establecer relaciones entre y dentro de dichas familias, por medio de la tabla periódica que se muestra en la figura 2.1. Existen ciertas repeticiones o periodicidades en dirección horizontal del arreglo de los elementos. Los elementos metálicos ocupan la porción izquierda y central, los no metálicos se sitúan hacia la derecha. Entre los dos grupos existe una zona de

transición, una banda diagonal donde se encuentran los elementos llamados metaloides o semimetales. En principio, cada elemento puede existir como solido, liquido o gas, dependiendo de la temperatura y la presión. Cada uno tiene su fase

natural a la temperatura ambiente y a la presión atmosférica; por ejemplo, el hierro (fe) es un sólido, el mercurio (Hg) es un líquido y el nitrógeno (N) es un gas.

Estructuras cristalina

Cuando los metales se solidifican a partir de un líquido, los átomos se reorganizan en varias configuraciones ordenadas, llamados cristales. Este arreglo de los átomos en el cristal se conoce como estructura cristalina. El grupo más pequeño de átomos que muestra la estructura de red característica de un metal particular se conoce como celda unitaria. Es el bloque constructivo de un cristal, y un mono cristal puede tener muchas celdas unitarias.

A continuación aparecen tres arreglos atómicos básicos y algunos de los metales que utilizan cada de ellos:

1. Cubico centrado en el cuerpo (bcc) hierro alfa, cromo, molibdeno, tantalio, tungsteno, y vanadio.

2. Cubico centrado en la cara (fcc) hierro gama, aluminio, cobre, níquel, plomo, plata, oro, platino.

3. Hexagonal compacto (hcp) berilio, cadmio, cobalto, magnesio, titanio alfa, zinc y circonio.

Cada esfera en esas ilustraciones representan un átomo. El orden de magnitud de la distancia entres átomos en estas estructuras cristalinas es de 0.1 manómetros (10¿¿−8 pug)¿los modelos se conocen como modelos de esferas duras o de bolas duras; se pueden comprar a pelotas de tenis organizadas en varias configuraciones dentro de una caja. La forma en que estos átomos se organizan determina las propiedades de un metal particular. Podemos modificar estos arreglos agregando átomos de algún otro metal o metales, conocidos como aleante, a menudo ello mejora las propiedades del metal.

La presencia de más de un tipo de cristalina se conoce como alotropismo o polimorfismo (que significa “muchas formas”). Dado que las propiedades y el comportamiento del metal depende de manera importante de su estructura cristalina, el alotropismo es un factor importante en el tratamiento térmico de los metales en operaciones de trabajo de metal y de soldadura.

Estructuras no cristalinas:Las estructuras no cristalinas son aquellas que no se componen de unidades tridimensionales repetitivas de átomos que mantienen un cierto orden local, ya sea en forma de poliedros de coordinación regulares o de moléculas de cadena larga, careciendo de un orden de largo alcance propio de los cristales ya que sus subunidades están empaquetadas al azar.

En un principio se les denominaba estructuras amorfas, pero con la utilización de la difracción de rayos x se mostró que poseían orden de corto alcance, es decir, en la escala del tamaño de la subunidad.

Las estructuras no cristalinas tienen muchas características comunes, desde el punto de vista químico. En efecto sus energías son tan bajas como las de las ordenaciones cristalinas de las mismas moléculas o átomos; su respuesta a los cambios de temperatura es similar, pues no presentan un punto de fusión definido sino que se ablanda paulatinamente cuando la temperatura aumenta y se endurecen conforme la temperatura disminuye. Con mucha frecuencia tienen propiedades físicas y mecánicas semejantes cuando se les mide a una temperatura comparable, con respecto a sus energías de ligadura.

Granos y fronteras de granos:

Los metales comúnmente utilizados para la manufactura de varios productos consisten en muchos cristales individuales orientados al azar (granos). Estamos por tanto tratando con estructuras metálicas que no son monocristales, sino que son policristales (“muchos cristales”).Cuando una masa de metal fundido empieza a solidificarse, comienzan a formarse cristales de manera independiente uno del otro, en varios sitios dentro de la masa liquida; tienen orientaciones aleatorias y no relacionadas. Cada uno de estos cristales crece formando una estructura cristalina es decir un grano.El numero y tamaño de los granos desarrollados en la unidad de volumen de metal depende de la tasa a la cual ocurre la nucleacion ( la etapa inicial de formación de los cristales). El numero de sitios diferentes en el cual se empieza a formar los mono cristales y a la velocidad a la cual cresen estos

cristales influencian de forma importante el tamaño medio de lo granos que se desarrollan.Si la rapidez de nucleacion del cristal es elevada, será grande el numero de granos por unidad de volumen de metal; en consecuencia, el tamaño del grano será pequeño. Por lo mismo, si la velocidad de crecimiento de los cristales es elevado (comparando con su rapidez de nucleacion), habrá menos granos por unidad de volumen y su tamaño serás mas grande. Por lo general el enfriamiento rápido produce granos más pequeños, en tanto que un enfriamiento lento produce granos más grandes.La forma en que los granos en crecimiento finalmente interfieren entre si y se estorban. Las superficies que separan estos individuales se conocen como fronteras de grano. Cada grano está formado, ya sea por un monocristal (para metales puros) o en un agregado poli cristalino (para aleaciones).

Recuperación, recristalizacion y crecimiento de grano:

Hemos mostrado que la deformación plástica a temperatura ambiente causa la deformación de los granos y de las fronteras de los granos, un incremento general en resistencia, y una reducción en ductilidad causa a su vez un comportamiento anisotropico. Estos efectos pueden ser invertidos, y las propiedades del metal pueden ser devueltas a sus niveles originales, calentando la pieza en un rango especifico de temperatura durante un periodo de tiempo. Este proceso por lo general se conoce como recocido. El rango de temperatura y cantidad de tiempo depende del material y de otros factores. Estos eventos ocurren consecutivamente durante el proceso de calentamiento:1. Recuperación. Durante la recuperación, que ocurre a un cierto nivel de

temperatura por debajo de la temperatura de recristalizacion del metal, se eliminan los esfuerzos en las regiones altamente deformadas. Se empiezan a formar fronteras de subgrano (proceso conocido como

poligonizacion), sin ningún cambio apreciable en las propiedades mecánicas como dureza y resistencia.

2. Recristalizacion. El proceso, identificando como recristalizacion, en el cual, a cierto rango de temperatura, se formas nuevos granos equiaxiales y libres de deformación, reemplazando los granos antiguos. La temperatura para la recristalizacion va entre aproximadamente o.37m y 0.57m. siendo Tm el punto de fusión del metal en la escala absoluta.

La temperatura de recristalizacion se define generalmente como la temperatura a la cual ocurre la recristalizacion completa en aproximadamente una hora.

La recristalizacion depende del grado de trabajo en frio anterior (endurecimiento por trabajo): mientras más trabajo en frio, menor será la temperatura requerida para que ocurra la recristalizacion. Las razones es que conforme se incrementa el trabajo en frio, también se incrementan el número de dislocaciones y la cantidad de energía almacenada en dichas dislocaciones (energía almacenada). Esta energía suministra el trabajo requerido para la recristalizacion. La recristalizacion es una función del tiempo, ya que involucra la difusión, ósea, movimiento e intercambio de átomos a través de las fronteras de grano.Los efectos sobre la recristalizacion de la temperatura, del tiempo y de la reducción en el espesor o la altura de la pieza de trabajo mediante el trabajo en frio son como sigue:a. Para una cantidad constante de deformación por trabajo en frio, el

tiempo requerido para recristalizacion se reduce con una mayor temperatura.

b. B. mientras mayor sea el trabajo en frio anterior, menor será la temperatura requerida para la recristalizacion.

c. Mientras mayor sea la cantidad de deformación, menor será el tamaño del grano después de la recristalizacion, este efecto es un método común de convertir una estructura de grano grande a una con un grano más fino y por lo tanto, con mejores propiedades.

d. La anisotropía debida a la orientación preferida por lo general persiste después de la recristalizacion. Para restaurar la isotropía, pudiera ser necesaria una temperatura más elevada que la requerida para la recristalizacion.

Crecimiento del grano. Si seguimos incrementando la temperatura del metal, los gramos empiezan a crecer y su tamaño puede eventualmente

exceder el tamaño del grano original. Este fenómeno se conoce como crecimiento del grano, y efectúa las propiedades mecánicas. Los granos grandes producen una apariencia superficial áspera en los metales laminados, conocido como cascara de naranja. Cuando son estirados para formar una pieza, o cuando la pieza de metal es sujeta a compresión (como en operaciones de forja).

Trabajo en frio y trabajo en caliente:El trabajo en frio se refiere a la deformación plástica que se lleva a cabo normal, aunque no necesariamente, a la temperatura ambiente. Cuando la deformación se efectúa por encima de la temperatura de recristalizacion, se conoce como trabajo en caliente. “frio” y “caliente” son términos relativos, como podemos ver del hecho de que la deformación del plomo a la temperatura ambiente es un proceso de trabajo en caliente, dado que su temperatura de recristalizacion es de aproximadamente la temperatura ambiente. Como el nombre. El trabajo en tibio se lleva a cabo a temperaturas intermedias. Por lo que el trabajo en templado es un punto intermedio entre el trabajo en frio y el trabajo en caliente.

Materiales de ingeniería:En esta sección se resume la interrelación de la estructura atómica, los enlaces y la estructura cristalina (o su ausencia) con los tipos de materiales de ingeniería: metales, cerámicos y polímeros.

Metales los metales tienen casi sin excepción estructuras cristalinas en su estado sólido. La celda unitaria de estas estructuras cristalina es casi siempre BCC, FCC, o HCP. Los átomos de los metales se mantienen unidos por enlaces metálicos, esto significa que sus electrones de valencia pueden cambiar de sitio con relevancia facilidad (comparada con los otros tipos de enlaces atómicos y moleculares).

Cerámicos los materiales cerámicos tiene moléculas que se caracterizan por sus enlaces iónicos, covalentes, o por ambos. Los átomos metálicos ceden o comparten sus electrones externos con otros átomos no metálicos, esto origina una poderosa fuerza de atracción dentro de las moléculas. Ente

las propiedades generales que resultan de estos mecanismos de enlace se pueden mencionar: su alta dureza y rigidez (incluso a temperaturas elevadas), su fragilidad (no ductilidad), son aislantes eléctricos (no conductividad), refracciones (térmicamente resistentes) y químicamente inertes.Estos materiales pueden presentar una estructura cristalina o no cristalina; la mayoría de ellos tienen una estructura cristalina, mientras que los vidrios hechos a base de sílice (SiO2) son amorco; por ejemplo, la sílice se encuentra en la naturaleza en forma de cuarzo cristalino pero cuando se funde y se deja enfriar solidificad para formar sílice fundida que prensa una estructura no cristalina.

Polímeros, una molécula de polímero consta de muchas moléculas que se repiten para formar una más larga, unidad por medio de enlaces covalentes. Los elementos que componen los polímeros son por lo general el carbono, y algunos otros como el hidrogeno, el nitrógeno, el oxigeno y el cloro. Los enlaces secundarios (de Van der Walls) mantienen unidas a las moléculas dentro del material agregado. Los polímeros pueden presentar una estructura vítrea o una mezcla de estructura vítrea y cristalina. Existen diferenticias entre los tres tipos de polímeros. En los polímeros termoplásticos están constituidos por largas cadena moleculares de estructura lineal, estos materiales pueden calentarse o enfriarse sin que se altere sustancialmente su estructura. En los polímeros termo fijos las moléculas adoptan una rígida tridimensional cuando se les deja enfriar después de haber estado en una condición plástica por calentamiento. Si estos materiales se vuelven a calentar experimentan una degradación química en lugar d derretirse. Los elastómeros poseen grandes moléculas con una estructura espiral que se enrolla y desarrolla cuando se sujeta a esfuerzos cíclicos, impartiendo al material sus propiedades elásticas características.La estructura molecular y los enlaces de los polímeros imparten a estos materiales las propiedades típicas siguientes: baja densidad, alta resistencia eléctrica (algunos polímeros se usan como material aislante) y baja conductividad térmica. La resistencia y rigidez de los polímeros varían ampliamente. Algunos son fuertes y rígidos (aun cuando no igualan la resistencia y rigidez de los metales y de los materiales cerámicos) mientras que otros exhiben un comportamiento altamente elástico.

Propiedades físicas de los materiales:

Las propiedades de interés particular son la densidad. El punto de fusión, el calor especifico, la conductividad y dilatación térmica, las propiedades eléctricas y magnéticas, y la resistencia a la oxidación y a la corrosión. Cada propiedad física se representa desde el punto de vista de la selección del material y de la manufactura, y de su importancia respecto a la vida de servicio del componente.

La densidad de un material es la masa por unidad de volumen. Otra manera de expresar la densidad de un material es en relación con la del agua; esta cantidad se conoce como gravedad especifica, y no tiene unidades.

En las tablas 3.1 y 3.2 aparece el rango de densidad para una variedad de materiales a temperatura ambiente, además de otras propiedades.

El ahorro en peso es de particular importancia para estructuras de aeronaves y naves espaciales, para carrocerías automotrices y sus componentes, y para otros productos donde la mayor preocupación es los consumos de energía y las limitaciones de las mismas. La sustitución del material en fusión del ahorro en peso y en la economía es un factor importante en el diseño, tanto de equipo y maquinaria avanzada como en productos de consumo como los automóviles.

La densidad juega un papel significativo en la resistencia especifica (relación de resistencia a peso) y en la rigidez especifica (relación de rigidez a peso) de materiales y estructuras. La tabla a continuación muestra la relación del esfuerzo de cadencia máxima a densidad para una diversidad de aleaciones metálicas. Nótese que el titanio y el aluminio están en la parte superior de la lista; en consecuencia; los metales de uso más común para aplicaciones en aeronaves y en naves espaciales.

Punto de fusión, de un metal depende de la energía requerida para separa sus átomos. La temperatura de fusión de una aleación puede tener amplia gama, a diferencia de un metal puro, que tiene un punto de fusión definido. Los puntos de fusión de las aleaciones dependen de su composición particular. El punto de fusión de un metal tiene un número de efectos indirectos en operaciones de manufactura aplicaciones de alta temperatura. La elección del material para aplicaciones de alta temperatura es el efecto más obvio, en aplicaciones como motores a chorro y hornos, donde ocurre

o se genera calor. Debido a que la temperatura de recristalizacion de un metal está relacionada con sus puntos de fusión, las operaciones como el recocido, el tratamiento térmico y el trabajo en caliente requieren conocer los puntos de fusión de los materiales involucrados.

El calor especifico, de un material es la energía requerida para elevar la temperatura de una unidad de masa en un grado. Los elementos de aleación tienen un efecto relativamente menor en el calor especifico de los materiales.

La conductividad térmica, indica la tasa a la cual el calor fluye dentro y atreves del material. Los materiales con enlace metálico (metales) generalmente tienen una elevada conductividad térmica, en tanto que los materiales con enlace iónico o covalente (cerámicos y plásticos) tienen mala conductividad.

La dilatación térmica, de los materiales puede tener varios efectos significativos. Por lo general el coeficiente de dilatación térmica es inversamente proporcional al punto de fusión del material. Los elementos de aleación tiene un efecto relativamente menor en la dilatación térmica de los metales.Los ajustes por contracción utilizan la dilatación y concentración térmica. Una pieza con una perforación, como por ejemplo, una brida o brazo de palanca, que debe ser montada sobre una flecha, es calentada y después se le desliza la flecha o husillo fríos. Cuando posteriormente se deja enfriarse, la pieza se encoge y el ensamble se hace efectivamente integral.

Propiedades eléctricas, magnéticas y ópticas. La conductividad eléctrica y las propiedades dieléctricas de los materiales son de gran importancia no solo en equipo y maquinaria, sino también en procesos de manufactura, tales como el formado por pulsos magnéticos de metales laminados y en el maquinado por electroerosión y esmerilado electroquímico de materiales duros y frágiles. Las unidades de conductividad eléctrica son el mho/metro

o el mho/pie, donde el mho es la inversa de ohm, la unidad de resistencia eléctrica.

En si las propiedades físicas y químicas de los materiales tienen varios efectos importantes en la manufactura y vida de servicio. Estas propiedades y características deben ser consideradas durante la selección del material, ya que afecta al diseño, a los requerimientos de servicio y a la compatibilidad con otros materiales, incluyendo herramientas, dados y piezas de trabajo.

Polímeros:La palabra polímero se utilizó por primera vez en 1866. Los primeros polímeros se fabricaron con materiales orgánicos naturales provenientes de productos animales y vegetales; el ejemplo más común es la celulosa. Mediante varias reacciones químicas, se modifica la celulosa convirtiéndose en acetato de celulosa, que se utiliza para fabricar películas fotográficas (celuloide), hojas para empaquetary fibras textiles; en nitrato de celulosa para plásticos y explosivos; en rayón (una fibra textil de celulosa) y en barnices. El primer polímero sintético fue un fenol formal de hído, un termoestable desarrollado en 1906 denominado baquelita (nombre comercial según L.H. Bäckeland, 1863_1944).

El desarrollo de la tecnología de los plásticos modernos comenzó en la década de 1920, cuando se empezaron a extraer las materias primas necesarias para la fabricación de los polímeros del carbón y de los productos del petróleo. El etileno fue el primer ejemplo de materia prima y se convirtió en el bloque constructivo para el polietileno. El etileno es el producto de la reacción entre el acetileno y el hidrógeno; el acetileno es el producto de la reacción entre el coque y el metano.Los polímeros comerciales, incluyendo el polipropileno, el cloruro de polivinilo (pvc), polimetilmetacrilato, el policarbonato y otros son todos ellos fabricados de una manera similar; estos materiales se conocen como polímeros orgánicos sintéticos.

Comportamiento mecánico, prueba y propiedades de manufactura de los materiales:

En las de manufactura se forman muchas partes a varias configuraciones al aplicarles fuerzas externas a las piezas de trabajo mediante herramientas y dados. Las operaciones típicas son el forjado de un disco de turbina, la extrusión de

diversas piezas para una escalera de aluminio, el laminado de una hoja plana para ser procesada en una carrocería de automóvil. Debido a que en estos procesos la deformación se efectúa mediante medios mecánicos, es importante comprender el comportamiento de los materiales en respuesta a las fuerzas aplicadas externamente. Las operaciones de formando puede llevarse a cabo a temperatura ambiente o a temperaturas elevadas y a velocidades de deformación altas o bajas.

El comportamiento de una pieza manufacturada durante su vida esperada de servicio es una consideración importante.

Tensión

La prueba de tensión es la prueba más común para determinar las propiedades mecánicas de los materiales como resistencia, ductividad, tenacidad, modulo elástico y endurecimiento por deformación. el ensayo primero requiere la preparación de un espécimen de prueba. En estados unidos, el espécimen se prepara de acuerdo con las especificaciones ASTM (por sus siglas en ingles, americana society for teting of materiales); a pesar que la mayor parte de los especímenes de prueba a la tensión son sólidos y redondos, algunos son de hoja plana o tubular.

Comúnmente, el espécimen tiene una longitud calibrada original, lo por lo general de 50 milímetros (2 pulgadas), y un área transversal Ao con un diámetro de 12.5 milímetros (0.5 pulgadas). E espécimen se monta entre las mordazas de una maquina de ensayo a la tensión. Estas maquinas están equipadas con varios controles, de manera que el espécimen puede ser ensayado a velocidades diferentes de deformación y temperatura.

Curvas de esfuerzo – deformación

Una secuencia típica de deformación del espécimen de ensayo a la tensión aparece en la fig 2.2. Cuando se aplica la carga, al principio el espécimen se alarga en proporción con la carga. Este efecto se conoce como comportamiento elástico lineal. Si se retira la carga, el espécimen regresa a su longitud y forma original, en un proceso elástico similar al estiramiento de una banda de hule y su liberación.

El esfuerzo ingenieril, o esfuerzo nominal se define como la relación de la carga aplicada P con el área transversal A del espécimen:

Conforme se incrementa la carga, el espécimen empieza, a cierto nivel de esfuerzo, a sufrir una deformación permanente o plástica. Mas allá de ese nivel, es esfuerzo y deformación ya no son proporcionales, como lo eran en la región elástica. El esfuerzo al cual ocurre este fenómeno se conoce como el esfuerzo de

cedencia, Y, del material. El termino limite proporcional también es utilizado para especificar el punto donde el esfuerzo y la deformación dejan de ser proporcionales, en la tabla 2.2 aparecen los esfuerzos de cedencia otras propiedades de varios materiales metálicos y no metálicos.

Para materiales blandos y dúctiles, quizá no sea fácil determinar el punto exacto en la curva esfuerzo deformación donde inicie la cedencia, por que la pendiente de la porción recta (elástica) de la curva empieza a disminuir lentamente. Por lo tanto, definimos Y como el punto de la curva esfuerzo-deformación que está compensada por una deformación de 0.002, es decir, por una elongación del 0.2%. Este simple procedimiento aparece en el lado izquierdo de la fig. 2.2

Conforme, bajo una carga creciente, sigue el espécimen alargándose más allá de Y, su área transversal se reduce de manera permanente y uniforme en toda la longitud de calibración. Si el espécimen es descargado de un nivel de esfuerzo más elevado que el nivel de cedencia, la curva sigue una línea recta hacia abajo y paralela a la pendiente original.

Ductilidad

Un comportamiento importante observado durante una prueba a la tensión es la ductilidad, esto es, la cantidad de deformación plástica que sufre el material antes de su fractura. Existen dos medidas comunes de ductilidad. La primera es la elongación total del espécimen.

Donde I,y lo se miden según se observa en la fig. 2. l a. observe que la elongación se basa en la longitud calibrada original del espécimen y que se calcula como un porcentaje.

Donde Ao y A1 son las ateas transversales origina y final (factura) respectivamente, del espécimen de ensayo. La reducción del área y la elongación por lo general están interrelacionados.

Por lo que la ductividad de una pieza de gis es cero, porque no se estira de ninguna manera ni se reduce en su sección transversal; en comparación, un espécimen dúctil, como una pieza de arcilla o de goma de mascar, se estira y se forma un cuello considerable antes que falle.

Esfuerzo real y deformación real

Hemos visto que el esfuerzo ingenieril se basa en el área transversal original Ao

del espécimen. Sabemos, sin embargo, que el área transversal instantánea del espécimen se hace más pequeña conforme se alarga, igual que el área en una banda de hule. Por lo tanto que el esfuerzo ingenieril no representa el esfuerzo real al cual está sujeto el espécimen.

El esfuerzo real se define como le relación de la carga P al área transversal real (instantánea) por tanto verdadera A del espécimen:

Para le deformación real, primero consideremos le elongación del espécimen en incrementos de cambios instantáneos en la longitud.

Después, utilizando el cálculo, podemos demostrar la deformación real (la deformación natural o logarítmica) se calcula de la forma:

Elaboración de curvas esfuerzo-deformación

El procedimiento para la elaboración de una curva esfuerzo-deformación ingenieril, es tomar la curva de carga-elongación y entonces dividir la carga (eje vertical) entre el área transversal original, Ao y la elongación (eje horizontal) entre la

longitud calibrada original, I 0 ¿ dado que estas dos cantidades se dividen por constantes, la curva de esfuerzo-deformación ingenieril obtenida (mostrada en la fig. 2.5b) tiene la misma forma que la curva de carga elongación que aparece en la fig 2.5 a. (en este ejemplo, Ao=0.056 pulgadas. Y A1=0.016 pulgadas.)

Deformación en el cuello en un ensayo a la tensión

Como hemos observado, el inicio de la formación del cuello del espécimen en un ensayo a la tensión corresponde a la resistencia a la tención máxima del material. Nótese que la pendiente de la curva de carga-elongación en este punto es cero, y que en este punto el espécimen empieza a generar un cuello. El espécimen no puede soportar la carga, por que el área transversal de cuello se está haciendo más pequeña a una tasa que es más alta que la tasa a la cual el material se hace más resistente (endurecimiento por deformación).

La deformación real al inicio de la formación del cuello es numéricamente igual al exponente de endurecimiento por deformación n, del material. Por lo que mientras más elevado sea el valor de n, mayor será la deformación que puede experimentar una pieza de material, uniformemente en toda su extensión, antes de que se empiece a formar el cuello. Esta observación es importante, particularmente en relación con las operaciones de formado de laminas de metal que involucran el estiramiento del material de las piezas de trabajo.

Efecto de la temperatura

El incremento de la temperatura generalmente tiene los siguientes efectos en las curvas de esfuerzo deformación.

a. Eleva la ductilidad y la tenacidad, yb. Reduce el esfuerzo de credencia y el modulo de elasticidad

La temperatura también afecta el exponente de endurecimiento por deformación de la mayor parte de los metales, en el hecho de que n se reduce al aumentar la temperatura. La influencia de la temperatura, queda sin embargo, mejor descrita en conjunto con la velocidad de deformación.

Efectos de la rapidez de deformación

De la misma manera que podemos inflar un globo o estirar una banda de hule a velocidades diferentes, podemos conformar una pieza de material en un proceso de manufactura a velocidades diferentes. Algunas maquinas, como las prensas hidráulicas, conforman los materiales a baja velocidad; otras como las prensas mecánicas, lo hacen a alta velocidad. A fin de simular astas diferencias, el espécimen se puede deformar a una velocidad que corresponda a la que va experimentar en el proceso real de manufactura.

La rapidez de deformación se define como la velocidad a la cual el ensayo de la tensión se efectúa, en unidades de digamos m/s o pies/min. La velocidad de deformación, por otra parte, es función de la longitud de espécimen. Un espécimen corto se alarga proporcionalmente más durante el mismo periodo de tiempo que un espécimen largo.

Efectos de la presión hidrostática

Se han llevado a cabo varias pruebas bajo presión hidrostática para determinar el efecto de la presión hidrostática en las propiedades mecánicas de los materiales. Los resultados de ensayo a presiones de hasta 3.5 Goa (500psi), indica que el incremento de la presión hidrostática aumenta la deformación a la fractura de una manera sustancial, tanto para materiales dúctiles como para frágiles.

Efectos de la radiación

En vista del uso de muchos metales y aleaciones en aplicaciones nucleares, se han llevado a cabo extensos estudios sobre los efectos de la radiación en las propiedades mecánicas. Los cambios típicos en las propiedades de los aceros y otros metales expuestos a radiaciones de alta energía son el incremento del esfuerzo para decencia, resistencia a la tensión y dureza, así como una reducción en ductilidad y tenacidad. La radiación tiene un efecto nocivo similar sobre el comportamiento de los plásticos.

Compresion

Muchas operaciones en la manufactura, particularmente procesos como la forja, el laminado y la extrusion se llevan a cabo sujetando a la pieza de trabajo a fuerzas de compresion. La prueba de compresion o ensayo de compresion, en el cual el especimen queda sujeto a una carga de compresion, nos da informacion util para estos procesos.

Este ensayo por lo general se lleva a cabo comprimiendo un especimen cilindrico solido entre dos dedos planos (platinas). Debido a la friccion entre el especimen y ls platinas, la superficie cilindrica del especimen se abomba, este efecto se conoce como barrilado. La friccion impide que las superficies superior e inferior se expandan con libertad.

Dado que el area transversal del especimen cambia ahora a lo largo de su altura, con una maxima en la parte media, resulta dificil la obtencion de curvas de esfuerzo deformacion a la compresion. Ademas la friccion disipa energia, por lo que la fuerza de compresion es mas elevada de lo que por otra parte tendria que ser, a fin de suministrar el trabajo requerido para vencer la friccion. Con una lubricacion efectiva se puede minimizar la friccion, y es posible mantener un area transversal razonablemente constante durante el ensayo.

Torcion

Ademas de la tencion y la compresion, una pieza de trabajo puede quedar sujeta a deformaciones cortantes. Como el punzanado de orificios en metales laminados y en el corte de metales. El metodo de un ensayo utilizado generalmente para la determinacion de las propiedades de los materiales por constante es el ensayo de torsion. A fin de obtener una distribucion de esfuerzo y deformacion aproximadamente uniforme a lo largo de la seccion transversal, esta prueba por lo general se lleva a cabo en un especimen tabular delgado.

El especimen de torsion por lo general tiene una seccion transversal reducidad, a fin de confinar la deformacion a una angosta. El esfuerzo cortante se puede calcular a partir de la formula

Doblado (flexion)

La preparacion de especimenes a partir de materiales fragiles, como los ceramicos y los carburos, es dificil en razon de los problemas involucrados en el formado y maquinado de los mismos a las dimensiones correctas. Ademas debido a su sensibilidad a defectos y muescas superficiales, es dificil la sujeccion de especimenes de ensayo fragiles para su prueba. Una alineacion inadecuada del

especimen de prueba puede resultar en una distribucion de esfuerzos no uniforme a lo largo de la seccion transversal del especimen.

Un metodo de ensayo comunmente utilizando para los materiales fragiles es el ensayo de flexion.

Dureza

La dureza es una propiedad usada comunmente; da una indicacion general de la resistencia del material y de su resistencia al rayado y al desgaste. De manera mas especifica, la dureza por lo general se especifica como la resistencia a la indentacion o impresión permanente. Por lo que, por ejemplo, el acero es mas duro que el aluminio, y el aluminio es mas duro que el plomo. La dureza no es, sin embargo, una propiedad fundamentada, dado que la resistencia a la indentacion depende de la forma del indentador y de la carga aplicada.

Dureza y resistencia

Dado que la dureza es la resistencia contra una identacion permanente, podemos asimilarlo con llevar a cabo un ensayo a compresion en un pequeño volumen de un bloque de material. Los estudios han demostrado que, en las mismas unidades, la dureza de un metal trabajado en frio, es aproximadamente 3 veces su esfuerzo a la cedencia, Y ; para metales recocidos, es de aproximadamente 5 veces Y.

Se ha establecido una relacion entre resistencia tensil maxima (UTS) y la dureza brinell (hb) para los aceros. En unidades Si, la relacion es

Procedimiento de ensayo de dureza

Para que un ensayo sea significativo y confiable, debe permitirse que la zona de deformación bajo el indentador se desarrolle con libertad. En consecuencia, la localización del indentador (respecto a los bordes del espécimen a probar) y el espesor del espécimen, son consideraciones de importancia. Comúnmente, la localización debe quedar alejando a por lo menos 2 diámetros del indentador del borde del espécimen, y el espesor del espécimen debe ser por lo menos 10 veces la profundidad de la penetración del indentador. Indentaciones sucesivas sobre la

mismos superficie de la pieza de trabajo, deben estar separadas lo suficiente para que no interfieran entre sí.

Fatiga

Diversas estructuras y componentes en las operaciones de manufactura, como las herramientas, dados, engranes, leves, flechas y resortes, están sujetos a cargas en rápida fluctuación (cíclicas o periódicas), además de cargas estáticas. Los esfuerzos cíclicos pueden ser causados por cargas mecánicas en fluctuación, como los causados sobre los dientes de los engranes, o por esfuerzos térmicos, como en un dado frio en repetido contacto con piezas de trabajo calientes. Bajo estas condiciones, la pieza falla a un nivel de esfuerzo por debajo del cual fallaría bajo una carga estática. Este fenómeno se conoce como falla por fatiga, y es responsable de la mayor parte de las fallas de los componentes mecánicos.

Los métodos de ensayo a la fatiga involucran la prueba de especímenes bajo varios estados de esfuerzo, por lo general en una combinación de tención y comprensión en torsión.

Cedencia

La cedencia es la elongación permanente de un componente bajo una carga estática mantenida durante un cierto periodo de tiempo. Es un fenómeno de los metales y de ciertos materiales no metálicos, como los termoplásticos y los hules, y puede ocurrir a cualquier temperatura.

Impacto

En muchas operaciones de manufactura, así como durante la vida de servicio de los componentes, los materiales están sujetos a cargas por impacto (o cargas dinámicas), por ejemplo, en operaciones de conformado de metal de alta velocidad como la forja de caída libre o por proyección. Un ensayo de impacto típico consiste en colocar un espécimen con muesca en un probador de impacto, y romperlo con un péndulo en oscilación.

Las pruebas de impacto son particularmente útiles en la determinación de la temperatura de transición dúctil frágil de los materiales. Los materiales que tienen una elevada resistencia de impacto son comúnmente aquellos que tienen una elevada resistencia y ductilidad, y por lo tanto, una elevada tenacidad. La

sensibilidad a los defectos superficiales (sensibilidad a las muescas) es importante; reduce de manera significativa la tenacidad al impacto.

Falla y fractura de los materialesEn la manufactura y en el servicio

La falla es uno de los aspectos de mayor importancia del comportamiento de los materiales, ya que influye de manera directa en la selección de un cierta aplicación, los métodos de manufacturada y la vida de servicio del componente. Debido a los muchos factores involucrados, la falla y fractura de los materiales es un área

De estudio compleja; esta sección se enfoca únicamente en aquellos aspectos de la falla que tienen un significado particular para la selección y procesamiento de los materiales. Existen dos tipos generales de falla:

1. Fractura y separación del material, debido ya sea a grietas internas o externas, la fractura se su clasifica aun mas en dos categorías generales, dúctil y frágil

2. Pandeado

Aunque la falla de los materiales por lo general se considera como no deseable, algunos productos se diseñan de manera que la falla sea esencial en su función. Los ejemplos típicos son, los recipientes (a) de alimentos y refrescos, con cejas o tapas completas que son retiradas al desgarrar la lámina de metal a lo largo de unas trayectorias prescrita, y (b) los tapones de rosca para las botellas.

Fractura dúctil

La fractura dúctil se caracteriza por la deformación plástica que antecede a la falla de la pieza. En un ensayo a tensión, en materiales altamente dúctiles como el oro y el plomo se puede formar el cuello hasta un punto antes de fallar. En la mayor parte de los metales y aleaciones, sin embargo, se forma un cuello a un área finita y después falla. La fractura dúctil por lo general ocurre a lo largo de planos en los cuales el esfuerzo cortante es máximo. En torsión, por ejemplo, un metal dúctil se fractura a lo largo de un plano perpendicular al eje de torsión; esto es, el plano en el cual el esfuerzo cortante es máximo. La fractura por corte, en contraste, es un resultado de un deslizamiento excesivo entre los planos de deslizamiento entre granos.

Fractura frágil

La fractura frágil ocurre con muy poca o ninguna deformación. A la tensión, la fractura ocurre a lo largo de un plano cristalográfico (plano de separación) en el esfuerzo normal a la tensión es máximo. Los metales cúbicos centrados en la cara

por lo general no fallan por fractura frágil, en tanto que los metales cúbicos centrados en el cuerpo (y alguno hexagonales compactos) si falla por clivaje. En general, las bajas temperaturas y una alta velocidad de deformación promueven la factura frágil.

En un metal poli cristalino bajo tensión, la superficie de fractura tiene una apariencia granular brillante debido a los cambios en dirección de los planos de separación conforme se propaga la grieta de un grano a otro. La fractura frágil de un espécimen a comprensión es más complejo; incluso puede seguir una trayectorias teóricamente a un ángulo de 45º relativo al eje de torsión, esto es a lo largo de un plano en el cual el esfuerzo tensil es un máximo.

Esfuerzos residuales

Cuando las piezas de trabajo se sujetan a una deformación no uniforme a lo largo de la pieza, desarrollan esfuerzo residual. Se trata de esfuerzos que quedan dentro de la pieza una vez formada y eliminadas todas las fuerzas exteriores.

El momento de flexión primero produce una distribución de esfuerzo lineal elástica. Conforme se incrementa el momento exterior, la fibras exteriores de la pieza llegan a un nivel de esfuerzo lo suficientemente elevado para causar cedencia.

Trabajo, calor y temperatura

Prácticamente todo el trabajo mecánico de deformación en el plástico se convierte en calor. Esta conversión no es completa, porque una porción de este trabajo queda almacenado dentro del material deformado como energía elástica. Ese trabajo residual se conoce como energía almacenada y representa comúnmente 5 o 10% de la energía total de entrada; en algunas aleaciones, sin embargo, puede ser tan alto como 30%.

Donde u es la energía especifica (trabajo de deformación por unidad de volumen), p es la densidad, y c es el calor especifico del material. Se puede observar que están asociadas las temperaturas más elevadas con grandes áreas bajo la curva de esfuerzo-deformación y con valores más pequeños de calor especifico. Debe observase que estas propiedades como calor especifico y conductividad térmica

también dependen de la temperatura, y deben ser tomadas en consideración en los cálculos.

Resumen

Muchos procesos de manufactura involucran el formado de materiales mediante la deformación plástica; son por tanto factores importantes propiedades tales como la resistencia (cedencia, resistencia Y, y resistencia tensil máxima, UTS), modulo de elasticidad (E), ductilidad (elongación total y reducción del área), dureza y energía requerida para la deformación plástica. Estas propiedades a su vez dependen del material en particular y de su estado, temperatura, velocidad de deformación, estado superficial y entorno.

Para determinar las propiedades mecánicas se utilizan comúnmente ensayos de tensión; de estos, se desarrollan curvas de esfuerzo real- deformación real que son importantes en la determinación del coeficiente de resistencia (K), el exponente de endurecimiento por deformación (n), el exponente de sensibilidad a la velocidad de deformación (m) y la tenacidad de los materiales.

Los ensayos de compresión sufren de inexactitud debido a la presencia de la fabricación y al abarrilamiento resultante en el espécimen. Lo ensayos de torsión se llevan a cabo especímenes tubulares sujetos a torcedura. Los ensayos de flexión o doblez se utilizan comúnmente para materiales frágiles, para determinar el modulo de ruptura o la resistencia a la ruptura transversal.

Se utiliza una diversidad de ensayos de dureza para determinar la resistencia de un material en contra la indentación o rayaduras permanentes. La dureza está relacionada con la resistencia mecánica y la resistencia al desgaste, pero no es, por si misma, propiedad fundamental de un material.

Los ensayo de fatiga indican limites de resistencia a la fatiga o limites de fatiga de los materiales, esto es, el esfuerzo máximo al cual se puede sujetar un material sin que exista falla por fatiga, independientes dientemente del número de ciclos.

La cedencia es la elongación permanente de un bajo una carga estática mantenida durante un cierto periodo de tiempo. El espécimen finalmente falla por ruptura (formación de cuello y de fractura), como ocurre en un ensayo a la tensión.

Los ensayos por impacto determinan la energía requerida para la ruptura (romper completamente el espécimen); esta energía se conoce como la tenacidad al impacto del material. Los ensayos por impacto también son útiles para determinar la temperatura de transición dúctil a frágil de los materiales.

Los esfuerzos residuales son aquellos que quedan en una pieza de trabajo una vez que se ha deformado plásticamente y se han retirado todas las fuerzas externas. Los esfuerzos residuales superficiales a tensión son generalmente no deseables; se pueden reducir o eliminar mediante recocido de alivio de esfuerzos, mediante una deformación plástica adicional, o mediante relajación a lo largo del tiempo.

La falla y fractura es un aspecto importante del comportamiento de un material cuando está sujeto a deformación en las operaciones de manufactura. La fractura dúctil se caracteriza por la deformación plástica antes de la fractura, y requiere de considerable energía. La fractura frágil puede ser catastrófica, porque no está precedida por una deformación plástica; requiere mucho menos energía que la fractura dúctil. Las impurezas y las inclusiones juegan un papel de importancia en la fractura de los metales y de las aleaciones.

Metales: los metales usados en la manufactura son comúnmente aleaciones, las cuales están compuestas de dos o más elementos, donde por lo menos uno es metálico. Los metales pueden dividiesen en dos grupos: 1. Ferrosos 2 no ferrosos.

Metales ferrosos, los metales ferrosos se basan en el hierro, el grupo incluye acero y hierro colado. Estos constituyen el grupo de materiales más importante y comprende mas las tres cuartas partes del tonelaje de metal que se utiliza en todo el mundo.

Metales no ferrosos lo metales no ferrosos comprenden los otros elementos metálicos y sus aleaciones. En casi todos los casos, las aleaciones son más importantes que los metales puros comercialmente hablando.

Materiales cerámicos: se entiende por material cerámico el producto de diversas materias primas, especialmente arcillas, que se fabrican en forma de polvo o pasta (para poder darles forma de una manera sencilla) y que al someterlo a cocción sufre procesos físico-químicos por los que adquiere consistencia pétrea. Dicho de otro modo más sencillo, son materiales sólidos inorgánicos no metálicos producidos mediante tratamiento térmico. Todos ellos se obtienen al hornear materiales naturales, como la arcilla o el caolín,

junto con una serie de aditivos, como colorantes, desengrasantes, etc., todo ello mezclado y cocido en un horno sucesivas veces.

Propiedades generales de los materiales cerámicos Comparados con los metales y plásticos son duros, no combustibles y no

oxidables. Su gran dureza los hace un material ampliamente utilizado como abrasivo y

como puntas cortantes de herramientas. Gran resistencia a altas temperaturas, con gran poder de aislamiento

térmico  y, también, eléctrico. Gran resistencia a la corrosión y a los efectos de la erosión que causan los

agentes atmosféricos. Alta resistencia a casi todos los agentes químicos. Una característica fundamental es que pueden fabricarse en formas con

dimensiones determinadas Los materiales cerámicos son generalmente frágiles o vidriosos. Casi

siempre se fracturan ante esfuerzos de tensión y presentan poca elasticidad.

Dependiendo de la naturaleza y tratamiento de alas materias primas y del proceso de cocción, se distinguen dos grandes grupos de materiales cerámicos: las cerámicas gruesas y las cerámicas finas.

Materiales cerámicos porosos o gruesos. No han sufrido vitrificación, es decir, no se llega a fundir el cuarzo con la arena debido a que la temperatura del horno es baja. Su fractura (al romperse) es terrosa, siendo totalmente permeables a los gases, líquidos y grasas. Los más importantes:

Arcilla cocida: de color rojiza debido al óxido de hierro de las arcillas empleadas. La temperatura de cocción es de unos 800ºC. A veces, la pieza se recubre con esmalte de color blanco (óxido de estaño) y se denomina loza estannífera. Con ella se fabrican: baldosas, ladrillos, tejas, jarrones, cazuelas, etc.

Loza italiana: Se fabrica con arcilla entre amarilla-rojiza mezclada con arena, pudiendo recubrirse de barniz transparente. La temperatura de cocción ronda los1000ºC. Se emplea para fabricar vajillas baratas, adornos, tiestos....

Loza inglesa: Fabricada de arcilla arenosa a la cual se le ha eliminado el óxido de hierro y se le ha añadido sílex, yeso, feldespato (bajando el punto de fusión de la mezcla) y caolín para mejorar la blancura de la pasta. Se emplea para vajilla y objetos de decoración. La cocción se realiza en dos fases: 

1. Se cuece a unos 1100ºC. tras lo cual se saca del horno y

2. se recubre con esmalte.

Se introduce de nuevo en el horno a la misma temperatura

Refractarios: Se fabrican a partir de arcillas mezcladas con óxidos de aluminio, torio, berilio y circonio. La cocción se efectúa entre los 1.300 y los 1.600 °C, seguidos de enfriamientos muy lentos para evitar agrietamientos y tensiones internas. Se obtienen productos que pueden resistir temperaturas de hasta 3.000 °C. Las aplicaciones más usuales son: ladrillos refractarios (que deben soportar altas temperaturas en los hornos) y electro cerámicas (usados en automoción, aviación....

Materiales cerámicos impermeables o finos: en los que se someten a temperaturas suficientemente altas como para vitrificar completamente la arena de cuarzo. Así, se obtienen productos impermeables y más duros. Los más importantes son:

Gres cerámico común: obtenido a partir de arcillas ordinarias, sometidas a temperaturas de unos 1.300 °C. Es muy empleado en pavimentos y paredes.

Gres cerámico fino: Obtenido a partir de arcillas conteniendo óxidos metálicos a las que se le añade un fundente (feldespato) para bajar el punto de fusión. Más tarde se introducen en un horno a unos 1.300 °C. Cuando está a punto de finalizar la cocción, se impregnan los objetos de sal marina que reacciona con la arcilla formando una fina capa de silicoalunminato alcalino vitrificado que confiere al gres su vidriado característico. Se emplea para vajillas, azulejos...

Porcelana: obtenido a partir de una arcilla muy pura, caolín, mezclada con fundente (feldespato) y un desengrasante (cuarzo o sílex). Su cocción se realiza en dos fases: una a una temperatura de entre 1.000 y 1.300 °C y, tras aplicarle un esmalte otra a más alta temperatura pudiendo llegar a los 1.800 °C. Teniendo multitud de aplicaciones en el hogar (pilas de cocina, vajillas, tazas de café, etc.) y en la industria (toberas de reactores, aislantes en transformadores, etc.).

Materiales compuestos

Un material compuesto es solido heterogéneo formado por dos o más componentes que se unen entre ellos por procedimientos mecánicos o metalúrgicos. Los distintos componentes retienen toda su identidad, con su estructura y propiedades características, dentro del compuesto. Sin embargo, la combinación de los componentes comunica al compuesto unas propiedades características.

Son numerosos los tipos de materiales compuestos y hay varias clasificaciones de los mismos; una de ellas se basa en la geometría. Se nos presentan tres familias:

compuestos laminares, o estratificados, compuestos particulados y compuestos reforzados con fibra. Las propiedades de cada material dependerá así de 1 las propiedades particulares de cada componente, 2 las proporciones relativas de estos, 3 su tamaño, forma y distribución, 4 el grado de trabazón entre ellos y 5 su orientación relativa. Existe, pues, una libertad considerable para elaborar los materiales compuestos de modo que posean un conjunto de propiedades prefijadas.

Los compuestos laminares se consiguen disponiendo capas alternativas de sustancias unidades unas con otras por algún procedimiento. El contra placado sea, probablemente, el más conocido de los materiales industriales que caiga en esta categoría. En este caso, se agrupan capas de madera con las vetas orientadas diferentemente unas con relación a otras. Con ello aumenta la resistencia mecánica y a la factura y el producto presenta unas tendencias mínimas a hincharse y contraerse. Las tiras bimetálicas se componen de dos metales de coeficientes de dilatación térmica diferentes adheridos uno a otro. Entonces los cambios de temperatura producen la flexión o curvatura de la tira, la cual puede emplearse en un termostato y otros dispositivos de detección térmica.

Buscar en el mercado (ferreterías, almacenes especializados) tres productos, tomarle una foto a cada uno, colocarlas en un documento, en donde además deben identificar para cada producto, el material o materiales de fabricación del mismo y describir las propiedades de cada uno

Rodillo

Materiales de fabricación y sus propiedades:

Aluminio:

Ligero, resistente y de larga duración

El aluminio es un metal muy ligero con un peso específico de 2,7 g/cm3, un tercio el peso del acero. Su resistencia puede adaptarse a la aplicación que se desee modificando la composición de su aleación.

Muy resistente a la corrosión

El aluminio genera de forma natural una capa de óxido que lo hace muy resistente a la corrosión. Los diferentes tipos de tratamiento de superficie pueden mejorar aún más esta propiedad. Resulta especialmente útil para aquellos productos que requieren de protección y conservación.

Excelente conductor de la electricidad

El aluminio es un excelente conductor del calor y la electricidad y, en relación con su peso, es casi dos veces mejor conductor que el cobre.

Buenas propiedades de reflexión

El aluminio es un buen reflector tanto de la luz como del calor. Esta característica, junto con su bajo peso, hace de él el material ideal para reflectores, por ejemplo, en la instalación de tubos fluorescentes, bombillas o mantas de rescate.

Muy dúctil

El aluminio es dúctil y tiene una densidad y un punto de fusión bajos. En situación de fundido, puede procesarse de diferentes maneras. Su ductilidad permite que los productos de aluminio se fabriquen en una fase muy próxima al diseño final del producto.

Completamente impermeable e inodoro

La hoja de aluminio, incluso cuando se lamina a un grosor de 0,007 mm., sigue siendo completamente impermeable y no permite que las sustancias pierdan ni el más mínimo aroma o sabor. Además, el metal no es tóxico, ni desprende olor o sabor.

Totalmente reciclable

El aluminio es cien por cien reciclable sin merma de sus cualidades. La recuperación del aluminio al final de su vida útil necesita poca energía. El

proceso de reciclado requiere sólo un cinco por ciento de la energía que fue necesaria para producir el metal inicial. Con el aluminio reciclado podemos volver a fabricar los mismos productos de los que procede

Plástico:

Los plásticos son sustancias químicas sintéticas denominadas polímeros, de estructura macromolecular que puede ser moldeada mediante calor o presión y cuyo componente principal es el carbono. Estos polímeros son grandes agrupaciones de monómeros unidos mediante un proceso químico llamado polimerización. Los plásticos proporcionan el balance necesario de propiedades que no pueden lograrse con otros materiales por ejemplo: color, poco peso, tacto agradable y resistencia a la degradación ambiental y biológica.

De hecho, plástico se refiere a un estado del material, pero no al material en sí: los polímeros sintéticos habitualmente llamados plásticos, son en realidad materiales sintéticos que pueden alcanzar el estado plástico, esto es cuando el material se encuentra viscoso o fluido, y no tiene propiedades de resistencia a esfuerzos mecánicos. Este estado se alcanza cuando el material en estado sólido se transforma en estado plástico generalmente por calentamiento, y es ideal para los diferentes procesos productivos ya que en este estado es cuando el material puede manipularse de las distintas formas que existen en la actualidad. Así que la palabra plástico es una forma de referirse a materiales sintéticos capaces de entrar en un estado plástico, pero plástico no es necesariamente el grupo de materiales a los que cotidianamente hace referencia esta palabra.

Las propiedades y características de la mayoría de los plásticos (aunque no siempre se cumplen en determinados plásticos especiales) son estas:

fáciles de trabajar y moldear, tienen un bajo costo de producción, poseen baja densidad, suelen ser impermeables, buenos aislantes eléctricos, aceptables aislantes acústicos, buenos aislantes térmicos, aunque la mayoría no resisten temperaturas muy

elevadas, resistentes a la corrosión y a muchos factores químicos; algunos no son biodegradables ni fáciles de reciclar, y si se queman, son

muy contaminantes.

Felpa

BREVE DESCRIPCIÓN

La felpa o fieltro industrial es un producto compuesto por fibras de lana o combinaciones de fibras, físicamente entrelazadas por medio de las propiedades propias del "enfieltramiento" de lana. Este enfieltramiento se obtiene por medio de un proceso conocido en física como: efecto direccional de fricción, obteniendo de este modo una compactación de las fibras que así alcanzan la densidad y la dureza deseadas.

El fieltro industrial de lana posee propiedades especiales e insustituibles a pesar del rápido crecimiento de la industria de los fieltros industriales sintéticos, mantienen las mismas posiciones en la industria electromecánica, aeronáutica, electrodoméstica, electrónica, automotriz, metalurgia, solo para mencionar unas cuantas. 

RESISTENCIAS DEL FIELTRO DE LANA Y POLIESTER: 

Envejecimiento: El fieltro industrial o felpa no se deteriora con la edad su elasticidad, resistencia y demás características se conserva por años.

Desgaste, deterioro y huso: La lana está compuesta principalmente por la queratina, sustancia que a su vez forma parte de los compuestos de uñas, cuernos y pezuñas de los animales esta sustancias da al fieltro sus resistencias a la abrasión.

Temperatura: La flexibilidad, elasticidad y resistencia del fieltro le permiten un rango de resistencia al calor que va desde 20º a 80º C pudiendo llegar a 10º.

Químicos: El fieltro industrial o felpa resiste sustancias acidas y se dañan con las alcalinas no se dañan con los hidrocarburos y otros químicos.Compresión: El fieltro industrial o felpa puede estar prensado por periodos muy largos de tiempo y al soltársele regresara a su forma normal en un lapso de tiempo muy corto.

Tensión: El fieltro industrial o felpa mantendrá sus dimensiones a pesar de ser tensado al máximo de su resistencia y solo sufriría elongaciones al esta tensión es continuada y por periodos muy largos.

Martillo

Materiales de fabricación y sus propiedades:

Acero:

Propiedades físicas y mecánicasLas adiciones de aleación aumentan su resistencia mecánica básica. Las propiedades físicas y mecánicas (dureza, resistencia y ductilidad), la facilidad de fabricación (en especial la facilidad de formación), la enorme resistencia a la fatiga y la capacidad de absorción de energía son algunos de los rasgos del acero inoxidable. Estas cualidades garantizan la idoneidad del material producido, y los ingenieros los utilizan para calcular la seguridad de las cargas de trabajo o presiones.

Madera: La madera posee una serie de propiedades características que hacen de ella un material peculiar. Su utilización es muy amplia. La madera posee ventajas, entre otras su docilidad de labra, su escasa densidad, su belleza, su calidad, su resistencia mecánica y propiedades térmicas y acústicas. Aunque presenta también inconvenientes como su combustibilidad, su inestabilidad volumétrica y su putrefacción. - Anisotropía. Es un material anisótropo, es decir no se comporta igual en todas las direcciones de las fibras. Es más

fácil cepillar longitudinalmente al sentido de las fibras que transversalmente, y ocurre a la inversa con el aserrar. - Resistencia. La madera es uno de los materiales más idóneos para su trabajo a tracción, por su especial estructura direccional, su resistencia será máxima cuando la solicitación sea paralela a la fibra y cuando sea perpendicular su resistencia disminuirá. En esta solicitación juegan un papel importante las fibras cortas o interrumpidas y los nudos, que minoran la resistencia. El esfuerzo de flexión, origina uno de tracción y otro de compresión separados por una zona neutra, por lo cual la resistencia a flexión será máxima cuando la fuerza actuante sea perpendicular al hilo y mínima cuando ambos sean paralelos. - Flexibilidad. La madera puede ser curvada o doblada por medio de calor, humedad, o presión. Se dobla con más facilidad la madera joven que la vieja, la madera verde que la seca. Las maderas duras son menos flexibles que las blandas. - Dureza. Está relacionada directamente con la densidad, a mayor densidad mayor dureza. Al estar relacionada con la densidad, la zona central de un tronco es la que posee mayor dureza, pues es la más compacta La humedad influye de manera cuadrática en la dureza. Si la humedad es elevada la dureza disminuye enormemente. Por el contrario si la madera se reseca, carece de humedad y se vuelve muy frágil. - Peso específico o densidad. Depende como es lógico de su contenido de agua. Se puede hablar de una densidad absoluta y de una densidad aparente. La densidad absoluta viene determinada por la celulosa y sus derivados. Su valor oscila alrededor de 1550 kg/m3, apenas varía de unas maderas a otras. La densidad aparente viene determinada por los poros que tiene la madera, ya que dependiendo de si están más o menos carentes de agua crece o disminuye la densidad. Depende pues del grado de humedad, de la época de apeo, de la zona vegetal, etc. La madera es un material blando cuya dureza es proporcional al cuadrado de la densidad, decayendo en proporción inversa con el grado de humedad. Ambas densidades unidas dan la densidad real de la madera. – Conductividad térmica. La madera seca contiene células diminutas de burbujas de aire, por lo que se comporta como aislante calorífico; el coeficiente l vale 0,03 en sentido perpendicular a la fibra y vale 0.01 en sentido paralelo a la fibra. Lo cual quiere decir que su capacidad aislante es mayor en este último sentido.

Bicicleta

Materiales de fabricación y sus propiedades:

Acero:

Propiedades físicas y mecánicasLas adiciones de aleación aumentan su resistencia mecánica básica. Las propiedades físicas y mecánicas (dureza, resistencia y ductilidad), la facilidad de fabricación (en especial la facilidad de formación), la enorme resistencia a la fatiga y la capacidad de absorción de energía son algunos de los rasgos del acero inoxidable. Estas cualidades garantizan la idoneidad del material producido, y los ingenieros los utilizan para calcular la seguridad de las cargas de trabajo o presiones.

Aluminio:

Propiedades físicas del aluminioEl aluminio tiene un color blanco plateado. Se derrite a los 1.220,576 Fahrenheit (660,32 Celcius) y hierve a los 4.472,33 (2.466,85 Celcius). El aluminio tiene un

peso atómico de 26,98154 y un radio atómico de 143,1 pm. Es uno de los metales más dúctiles y maleables. No es magnético.

Propiedades químicas del aluminioCuando entra en contacto con el oxígeno, el aluminio forma una capa de óxido que se conoce como óxido de aluminio. Esta capa lo ayuda a protegerlo de la corrosión. El aluminio en polvo se prende fuego con facilidad si se lo expone a una llama. También reacciona tanto con los ácidos como con los álcalis.

Titanio:

Los metales de transición, también llamados elementos de transición es el grupo al que pertenece el titanio. En este grupo de elementos químicos al que pertenece el titanio, se encuentran aquellos situados en la parte central de la tabla periódica, concretamente en el bloque d. Entre las características que tiene el titanio, así como las del resto de metales de tansición se encuentra la de incluir en su configuración electrónica el orbital d, parcialmente lleno de electrones. Propiedades de este tipo de metales, entre los que se encuentra el titanio son su elevada dureza, el tener puntos de ebullición y fusión elevados y ser buenos conductores de la electricidad y el calor.

El estado del titanio en su forma natural es sólido. El titanio es un elmento químico de aspecto plateado y pertenece al grupo de los metales de transición. El número atómico del titanio es 22. El símbolo químico del titanio es Ti. El punto de fusión del titanio es de 19,1 grados Kelvin o de 1667,85 grados celsius o grados centígrados. El punto de ebullición del titanio es de 35,0 grados Kelvin o de 3286,85 grados celsius o grados centígrados.

Fibra de carbono:

Es una fibra sintética constituida por finos filamentos de 5–10 μm de diámetro y compuesto principalmente porcarbono. Cada filamento de carbono es la unión de muchas miles de fibras de carbono. Se trata de una fibra sintética porque se fabrica a partir del poliacrilonitrilo. Tiene propiedades mecánicas similares al acero y es tan ligera como la madera o el plástico. Por su dureza tiene mayor resistencia al impacto que el acero.

La principal aplicación es la fabricación de «composites» o materiales compuestos, en la mayoría de los casos —aproximadamente un 75%— con polímeros termoestables. El polímero es habitualmente resina epoxi,

de tipo termoestable aunque también puede asociarse a otros polímeros, como el poliéster o el viniléster.

Las propiedades principales de este material compuesto son:

Muy elevada resistencia mecánica, con un módulo de elasticidad elevado. Baja densidad, en comparación con otros elementos como por ejemplo

el acero. Elevado precio de producción. Resistencia a agentes externos. Gran capacidad de aislamiento térmico. Resistencia a las variaciones de temperatura, conservando su forma, sólo si se

utiliza matriz termoestable.

Las razones del elevado precio de los materiales realizados con fibra de carbono se deben a varios factores:

El refuerzo, fibra, es un polímero sintético que requiere un caro y largo proceso de producción. Este proceso se realiza a alta temperatura -entre 1100 y 2500 °C- en atmósfera de hidrógeno durante semanas o incluso meses dependiendo de la calidad que se desee obtener, ya que pueden realizarse procesos para mejorar algunas de sus características una vez se ha obtenido la fibra.

El uso de materiales termoestables dificulta el proceso de creación de la pieza final, ya que se requiere de un complejo utillaje especializado, como el horno autoclave.

Tiene muchas aplicaciones en la industria aeronáutica y automovilística, al igual que en barcos y en bicicletas, donde sus propiedades mecánicas y ligereza son muy importantes. También se está haciendo cada vez más común en otros artículos de consumo como patines en línea, raquetas de tenis, edificios, ordenadores portátiles, trípodes y cañas de pesca e incluso en joyería .

Caucho:

Sustancia natural o sintética que se caracteriza por su elasticidad, repelencia al agua y resistencia eléctrica. El caucho natural se obtiene de un líquido lechoso de color blanco llamado látex, que se encuentra en numerosas plantas. El caucho sintético se prepara a partir de hidrocarburos insaturados. En estado natural, el caucho aparece en forma de suspensión coloidal en el látex de plantas productoras de caucho. Una de estas plantas es el árbol de la especie Hevea Brasiliensis, de la familia de las Euforbiáceas, originario del Amazonas. Otra planta productora de caucho es el árbol del hule, Castilloa elástica, originario de México(de ahí el nombre de hule), muy utilizado desde la época prehispánica

para la fabricación de pelotas, instrumento primordial del juego de pelota, deporte religioso y simbólico que practicaban los antiguos mayas. Indonesia, Malaysia, Tailandia, China y la India producen actualmente alrededor del 90% del caucho natural El caucho o goma es el látex desecado de diversas plantas tropicales que suministran por incisión en su corteza un líquido elástico, siendo el de mayor calidad el llamado "caucho". Por los cortes realizados se obtiene un líquido lechoso que contiene el caucho en suspensión y dividido en pequeñas gotitas de aspecto emulsionado. Como la secreción es relativamente abundante, la misma se recoge en recipientes especiales en forma de pequeños baldes que se cuelgan al término de las incisiones. Luego el jugo recolectado es sometido a un tratamiento para solidificarlo por evaporación o coagulación. El caucho es el cuerpo sólido que tiene mayor coeficiente de dilatación conocido y que aumenta considerablemente, con la vulcanización. Un corte reciente de caucho crudo, o sea sin vulcanizar, se puede volver a unir sol dándose entre sí con sólo presionar uno contra otro. Una vez vulcanizado pierde esta propiedad, pero adquiere una mayor elasticidad, pudiendo alargarse hasta seis veces su longitud primitiva. El alargamiento del caucho vulcanizado es acompañado de una elevación de temperatura y en cambio se produce un enfriamiento cuando retorna a su estado normal. 

Propiedades físicas 

• A bajas temperaturas, se vuelve rígido, y cuando se congela en estado de extensión adquiere estructura fibrosa. • Calentando a más de 100 ºC., se ablanda y sufre alteraciones permanentes. • El caucho bruto adquiere gran deformación permanente debido a su naturaleza plástica. • La plasticidad del caucho varía de un árbol a otro y también depende de la cantidad de trabajo dedo al caucho desde el estado látex, de las bacterias que lo acompañan e influyen en su oxidación y de otros factores. La plasticidad puede modificarse dentro de ciertos límites por la acción de productos químicos. • La densidad del caucho a 0 ºC. es de 0.950 a 20 ºC. es de 0.934. El caucho bruto deshelado después de la masticación por cilindros fríos no varía de densidad. • Cuando el caucho bruto ha sido estirado y deformado durante algún tiempo, no vuelve completamente a su estado original. • Si se calienta, la recuperación es mayor que a la temperatura ordinaria. Este fenómeno se denomina deformación residual o estiramiento permanente y es propio del caucho. 

• El caucho bruto absorbe agua. Los coagulantes usados en el látex al preparar el caucho afectan al grado de absorción de agua; usando ácido clorhídrico, sulfúrico o alumbre se obtienen cauchos con poder de absorción relativamente elevado. El poder de absorción de agua del caucho purificado es muy bajo. • Gran variedad de sustancias son solubles o pueden dispersarse en caucho bruto, tales como el azufre, colorantes, ácido esteárico, N-fenil-2-naftilamina, pigmentos, aceites, resinas, ceras, negro de carbono y otras. • El efecto deteriorante de luz y el calor sobre el caucho se reconoció largo antes del descubrimiento de la vulcanización. 

Propiedades químicas 

• La solubilidad del caucho bruto en sus disolventes más comunes no es muy elevada. Para hacer una solución de 10% es necesaria cierta disociación, ya por medios químicos, empleando un oxidante, ya por medio físicos, utilizando un molino. • Los disolventes más usados son el benceno y la nafta. Otros buenos disolventes son el tricloroetileno, tetracloroetano, pentacloroetano, tetracloruro de carbono, cloroformo, tolueno, xileno, keroseno y éter. El caucho se hincha primero poco a poco hasta las consistencias de gel y después éste se dispersa formando una solución. El caucho bruto aumenta de 10 a 40 veces su propio peso en disolventes que a la temperatura ordinaria forman gel con el caucho. • La viscosidad de la solución del caucho bruto es grande. • El caucho bruto calentado hasta 200 ºC. se ablanda y sus soluciones tienen menor viscosidad, pero el número de dobles enlaces se conserva sin alteración. • Cuando la temperatura se eleva hasta 250 ºC., los enlaces dobles se separan y tiene lugar la formación de anillos. El cambio a caucho cíclico eleva la densidad y la solubilidad, el producto obtenido es una dura y frágil resina. 

Pintura spray:

La pintura en aerosol tiene aplicaciones específicas diferentes al de otros productos de su clase.La pintura en aerosol tiene aplicaciones específicas diferentes al de otros productos de su clase; se emplea para el sector industrial, automotriz, también se puede usar de manera general, por ejemplo, para pintar parte de paredes u objetos como muebles o una bicicleta. También se ocupa en el modelismo y el graffity.

La pintura envasada en este sistema ofrece varias ventajas en comparación a otras presentaciones, entre las que destacan un tiempo de secado al tacto estimado en 10 minutos, siendo que el esmalte tradicional tarda cerca de cuatro horas.

Calidad en el acabado al conseguir una excelente nivelación, mientras que en otra presentación deja rastro de brocha. Espesor seco de 1.6 milésimas contra 2.1 milésimas. Además es mucho más limpio y más barato, ya que el esmalte común necesita la compra adicional de otros utensilios para su aplicación.

Del mismo modo su fabricación tiene sus principios básicos a considerar. Cabe mencionar que la pintura en aerosol ocupa 40% de resina, 28% de pigmentos, 25% de solventes y 7% de aditivos.

Antes de crear una formulación para este producto se aconseja hacer un estudio de mercado para conocer las preferencias de color, desempeño, precios y condiciones ecológicas y de sustentabilidad que hoy día son factores fundamentales para el posicionamiento entre los consumidores. Además, este estudio dará la pauta para la posibilidad de innovar, siempre y cuando el mercado lo permita.

Es importante mencionar que México es uno de los principales países fabricantes de pintura en aerosol, ya que en el 2010 produjo un poco más de 35 millones de unidades, representando el 9.82% de la producción de aerosoles nacional.

Características esperadas

Una buena pintura en aerosol es estable, por lo que es importante enfatizar en esta característica. En la formulación tenemos resina, solvente y propelente; este último no es un buen solvente por lo que hay que manejarlo a cierta proporción para que no afecte la solubilidad de la resina y el material se precipite. Un producto mal acabado tiene una gran presencia de sólidos no redispersables. También debe haber ausencia de gelado.

Otra cualidad esperada de una pintura en aerosol es que el bote se evacúe por completo, por lo que no debe haber bloqueos en la válvula. En consecuencia se aconseja analizar muy bien el diámetro de la misma y su desempeño con la pintura. En muchas ocasiones cuando surgen bloqueos se debe más a malos cálculos en la formulación y no a la válvula.

Hay estupendas válvulas para diferentes productos, sin embargo el problema surge cuando el contenido no está bien dispersado o si el

tamaño del pigmento es mayor al diámetro de la válvula, entonces se da la obstrucción por una mala formulación.

Un elemento que da mayor valor a la pintura en aerosol es el poder cubriente, así como un tiempo de secado de diez minutos, un brillo mayor al 86% en un ángulo de 60°, una dureza de 2H y completa ausencia de escurrimientos.

En lo concerniente al patrón de espreado es necesario trabajar con la viscosidad, para ello se hacen pruebas con la relación concentrado-propelente, que si bien es limitada, se hacen ciertas variaciones para medir la cantidad de flujo. Además, el aerosol no debe presentar microfugas, para conservar la presión de diseño.

Muchas veces las descargas de poco volumen ayudan a evitar escurrimientos, pero también no proporcionan el suficiente poder cubriente, por lo que se ve la pintura transparente. Por el contario, un mayor volumen de descarga cubre muy bien la superficie a pintar, pero se debe tener cuidado con la reología de la pintura, esto es, evitar escurrimientos.

Componentes

Los componentes fundamentales de una pintura en aerosol son: pigmentos, resina, solventes, aditivos y propelente.

Los pigmentos más empleados son los óxidos, titanio, ftalos, cromat, bronces, aluminios, micas y flourecentes. En resinas existen las alquidálicas y acrílicas que son las más comunes y se emplean para uso general. Las acrílicas constan de monómeros funcionales y cuenta su peso molecular.

Los poliuretanos, siliconadas y epóxicas se utilizan para usos especiales. Por ejemplo, los poliuretanos (Modificados secados por la humedad) tienen una resistencia prolongada al exterior y mecánica sobresaliente. Las siliconadas, cumaronas y las epóxicas soportan temperaturas de hasta 400ºC; ambientes químicos extremos e inmersión moderada o temporal.

Los poliuretanos (Uretano secado por humedad) sirven para fabricar barnices con alta resistencia al rayado por lo que tienen amplias aplicaciones para el exterior.

Entre los solventes se encuentran los aromáticos, los alifáticos, clorados y cetonas. Los aditivos son los humectantes, modificadores reológicos, tensoactivos, antisedimentantes, modificadores de superficie; etc.

En lo que se refiere al propelente se emplean mezclas de hidrocarburos con una presión de 70-90 Psig., con una relación de volumen-concentrado 55/45.

Alquidálicas y acrílicas

Las resinas se utilizan como matriz, por eso el tema es más complicado y largo para extenderse en él; pero es recomendable analizar algunos detalles importantes al momento de seleccionarla.

Es necesario tener en cuenta el porcentaje de sodio que tienen. Algunas son solventes en agua, en aromáticos o alifáticos. En caso de las alquidales, es básico saber qué tipo de aceite tienen para determinar su tiempo de secado.

También habrá que analizar qué tan fácil esa resinas acepta un pigmento para conseguir un producto continuo.

Como ya se dijo, las resinas más empleadas son las aquidales y las acrílicas. El término alquidal fue originalmente utilizado para describir los productos de reacción entre polioles y ácidos polibásicos, y estas resinas son más de mayor uso. Existen cortas, medias y largas, debido a la cantidad de aceite que tienen, y que es la parte que reacciona con el oxígeno para el secado. Una resina corta se seca más rápido, siendo que la media y larga tardan un poco más.

Las propiedades de las resinas alquidálicas dependen en gran medida de la naturaleza y cantidad del aceite o ácido graso incorporado.

Las resinas cortas tienen ciertas desventajas en comparación a una media que nivela mucho mejor; por eso se recomienda equilibrar para que el producto tenga un óptimo desempeño.

Las acrílicas se dividen en termoplásticas y termofijas.

Las primeras son resinas de polímeros lineales y son las más utilizadas en el caso del aerosol. Se distinguen por su buena flexibilidad y dureza; además de su resistencia química y al amarillamiento. Necesitan un activador para formar las cadenas.

Se catalogan en duras, medias y suaves. Esto es por la dureza que puedan tener y la flexibilidad que dan como acabado, aunque las preferidas por los formuladores son las intermedias.

Las temofijas son materiales con cadenas poliméricas entrecruzadas cuando curan. Las uniones cruzadas se pueden obtener mediante

agentes que las provoquen, como en el caso de la producción de las resinas epóxicas o amínicas.

Pigmentos

Los pigmentos son una parte muy importante del desarrollo porque es lo que dará el color a la pintura, pero hay que comprender que entre ellos existen diferencias, por lo que la formulación y el proceso no pueden darse igual para todos los colores.

Por ejemplo, el tamaño de la partícula es muy diferente entre cada pigmento, así también su absorción del aceite es distinta. Cada uno moja diferente y su dureza es diversa, por lo mismo su molienda se da con tiempos y condiciones distintas. Por lógica, cada color es un producto y una formulación diferente, así en el proceso se integra una cantidad específica de dispersantes, emulsificantes y aditivos a cada tipo de pigmento.

Cuando se trata de pigmentos en general es recomendable analizar el tamaño de la partícula, la absorción del aceite, su resistencia al exterior y la luz, así como la dosificación adecuada de humectantes, dispersantes y modificadores reológicos.

Los pigmentos metálicos requieren una fuerte agitación; su tamaño de partícula es de 5-4,5000nm; por lo mismo necesitan de una cuidadosa selección del solvente para controlar su viscosidad. De acuerdo al tamaño de la partícula se consiguen mayor brillo, claridad y una buena distinción de la imagen, aunque el poder cubriente sea menor.

Los pigmentos fluorescentes y las micas tienden a ser resistentes al solvente, su agitación es lenta. Se aconseja el empleo de dispersantes bentonas para evitar sedimentaciones.

Plástico:

Los plásticos son sustancias químicas sintéticas denominadas polímeros, de estructura macromolecular que puede ser moldeada mediante calor o presión y cuyo componente principal es el carbono. Estos polímeros son grandes agrupaciones de monómeros unidos mediante un proceso químico llamado polimerización. Los plásticos proporcionan el balance necesario de propiedades

que no pueden lograrse con otros materiales por ejemplo: color, poco peso, tacto agradable y resistencia a la degradación ambiental y biológica.

De hecho, plástico se refiere a un estado del material, pero no al material en sí: los polímeros sintéticos habitualmente llamados plásticos, son en realidad materiales sintéticos que pueden alcanzar el estado plástico, esto es cuando el material se encuentra viscoso o fluido, y no tiene propiedades de resistencia a esfuerzos mecánicos. Este estado se alcanza cuando el material en estado sólido se transforma en estado plástico generalmente por calentamiento, y es ideal para los diferentes procesos productivos ya que en este estado es cuando el material puede manipularse de las distintas formas que existen en la actualidad. Así que la palabra plástico es una forma de referirse a materiales sintéticos capaces de entrar en un estado plástico, pero plástico no es necesariamente el grupo de materiales a los que cotidianamente hace referencia esta palabra.

Las propiedades y características de la mayoría de los plásticos (aunque no siempre se cumplen en determinados plásticos especiales) son estas:

fáciles de trabajar y moldear, tienen un bajo costo de producción, poseen baja densidad, suelen ser impermeables, buenos aislantes eléctricos, aceptables aislantes acústicos, buenos aislantes térmicos, aunque la mayoría no resisten temperaturas muy

elevadas, resistentes a la corrosión y a muchos factores químicos; algunos no

son biodegradables ni fáciles de reciclar, y si se queman, son muy contaminantes.

Espuma de poliuretano:

La espuma de poliuretano (espuma PU) es un material plástico poroso formado por una agregación de burbujas, conocido también por los nombres coloquiales de gomaespuma en España o gomapluma en algunos países sudamericanos, Se forma básicamente por lareacción química de dos compuestos, un poliol y un isocianato, aunque su formulación necesita y admite múltiples variantes y aditivos. Dicha reacción libera dióxido de carbono, gas que va formando las burbujas.

Básicamente, y según el sistema de fabricación, se pueden dividir los tipos de espumas de poliuretano en dos tipos:

Espumas en caliente: son las espumas que liberan calor durante su reacción, fabricadas en piezas de gran tamaño, destinadas a ser cortadas

posteriormente. Se fabrican en un proceso continuo, mediante un dispositivo llamado espumadora, que básicamente es la unión de varias máquinas, de las cuales la primera es un mezclador, que aporta y mezcla los diferentes compuestos de la mezcla; la segunda es un sistema de cintas sin fin, que arrastra la espuma durante su crecimiento, limitando su crecimiento para darle al bloque la forma deseada; y la parte final de la espumadora es un dispositivo de corte, para cortar el bloque a la longitud deseada. Generalmente son las más baratas, las más utilizadas y conocidas por el público.

Espumas en frío: son aquellas que apenas liberan calor en la reacción, se utilizan para crear piezas a partir de moldes; como rellenos de otros artículos; como aislantes, etc. Se fabrican mediante una espumadora sencilla, que consiste en un dispositivo mezclador. Normalmente suelen ser de mayor calidad y duración que las espumas en caliente, aunque su coste es bastante mayor.

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