ELEMENTOS DE MÁQUINAS

Transcripción

1 ELEMENTOS DE MÁQUINAS 1º Curso del CFGS de Mecatrónica Industrial María Nuria López Uña Profesora de Enseñanza Secundaria de la especialidad de Organización y Proyectos de Fabricación Mecánica TuLibrodeFP Cada maestrillo tiene su librillo. Nosotros le ponemos ISBN.

2 Elementos de Máquinas No está permitida la reproducción total o parcial de este libro, ni su tratamiento informático, ni la transmisión de ninguna forma o por cualquier medio, ya sea electrónico, mecánico, por fotocopia, por registro u otros métodos, sin el permiso previo y por escrito de los titulares del Copyright. Diríjase a CEDRO (Centro Español de Derechos Reprográficos, si necesita fotocopiar o escanear algún fragmento de esta obra. Derechos reservados 2013, respecto a la primera edición en español, por: ISBN: TuLibrodeFP S.L. C.I.F. B Avda. Maestro Serrano, Alboraya (Valencia) Depósito legal: Edición: TuLibrodeFP S.L. Autora: María Nuria López Uña Maquetación: Yolanda Camacho Sánchez

3 PRESENTACIÓN Este libro se realiza para la impartición del módulo de Calidad en el montaje y proceso del ciclo formativo de grado medio Instalación y mantenimiento electromecánico y conducción de líneas, en su segundo curso. La carga horaria del módulo son 65 horas, impartiéndose 3 horas semanales, durante los dos primeros trimestres del segundo curso del ciclo. Los alumnos conocerán y aplicarán correctamente el S.I. de unidades de medida. Enumeraran los tipos de errores que influyen en una medida. Calcularán la incertidumbre en una medida. Interpretarán los distintos tipos de tolerancias aplicables a productos, procesos, etc. y partiendo de las especificaciones técnicas y pautas de control de una pieza dada realizarán la verificación dimensional y geométrica de la pieza, aplicando los instrumentos y métodos indicados en la pauta de control. Con este texto los alumnos deben de ser conscientes de lo que significa el concepto de calidad en el entorno socioeconómico actual de la empresa, haciendo especial hincapié en el montaje y en el proceso productivo. Se perseguirá el objetivo de capacitar al alumno para desenvolverse adecuadamente en los aspectos relacionados con la calidad dentro del sistema productivo, desde la recepción de los suministros, hasta su mantenimiento posterior a la venta, pasando por el diseño y control del proceso productivo. Así mismo, se buscará que el alumno conozca la forma de implantar un sistema de calidad, y la documentación necesaria para hacerlo. Todo ello se conseguirá siguiendo los contenidos del libro, que comprende cuatro unidades de trabajo. María Nuria López Uña

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5 ÍNDICE DE CONTENIDOS UNIDAD DE TRABAJO 1 Materiales empleados en elementos de máquinas... UNIDAD DE TRABAJO 2 Soluciones constructivas en los elementos de máquinas... UNIDAD DE TRABAJO 3 Sistemas mecánicos... UNIDAD DE TRABAJO 4 Selección de componentes de elementos de máquinas... UNIDAD DE TRABAJO 5 Cadenas cinemáticas... 5

6 U.T. 1. Materiales empleados en elementos de máquinas TuLibrodeFP Introducción 1.2-Propiedades de los materiales 1.3-Clasificación de los materiales 1.4-Diagrama de hierro-carbono 1.5- Tipos de ensayos 1.6-Tratamientos térmicos 1.7-Tratamientos termoquímicos 1.8- Formas comerciales de los aceros 1.9-Designación de los aceros 1.1- INTRODUCCIÓN Durante el proceso de diseño de productos industriales, se alcanza una etapa en la que el Ingeniero Proyectista tiene que seleccionar uno, de un conjunto de materiales parecidos o no, con el objeto de construir el objeto diseñado o una parte del mismo. Además de criterios económicos y criterios tecnológicos, también tendrá que atender a los criterios estéticos. Existen muchos tipos distintos de materiales Debido a la investigación y desarrollo se están creando continuamente nuevos materiales, como los nanomateriales (grafeno, plástico terminador ) Es necesario conocer la estructura interna y las propiedades de los materiales, para poder seleccionar el más adecuado para cada aplicación y también para desarrollar los mejores procesos de fabricación o reparación PROPIEDADES DE LOS MATERIALES Cuando se elige un material para construir un objeto, es fundamental conocer sus propiedades para ver si son compatibles con el fin al que estaría destinado el mismo. Se puede considerar que las propiedades de un material son de tres tipos: PROPIEDADES MECANICAS PROPIEDADES FÍSICAS PROPIEDADES QUÍMICAS 6 Mª Nuria López Uña

7 TuLibrodeFP 2014 U.T. 1. Materiales empleados en elementos de máquinas Propiedades Mecánicas de los Materiales. Son aquellas que definen el comportamiento que los materiales tienen frente a determinadas acciones exteriores. Las propiedades mecánicas no sólo determinan el comportamiento del material en operación, si no que influyen en la facilidad con la que puede ser conformado en un producto de servicio. Se clasifican en las siguientes: 1. Cohesión 2. Elasticidad 3. Plasticidad 4. Dureza 5. Tenacidad 6. Fragilidad 7. Fatiga 8. Resiliencia 1. Cohesión: Es la resistencia que oponen los átomos de los materiales a separarse entre sí. El tener más o menos cohesión depende de la forma de cómo estén enlazados los átomos. 2. Elasticidad: Es la propiedad en virtud de la cuál un cuerpo deformado por fuerzas exteriores, recobra su forma primitiva al cesar aquellas. 3. Plasticidad: Es la capacidad de los cuerpos para adquirir deformaciones permanentes sin llegar a la rotura. La ductilidad o capacidad de estirarse en hilos y la maleabilidad o aptitud de extenderse en láminas son variables de la plasticidad. 4. Dureza: Es la resistencia que ponen los cuerpos a ser rayados o penetrados por otros. La dureza de un cuerpo es directamente proporcional a su cohesión atómica. 5. Tenacidad: Un material es tenaz si se opone con gran resistencia a la rotura cuando actúan sobre él fuerzas exteriores. Es una propiedad muy característica de los metales. 6. Fragilidad: Es una propiedad contraria a la tenacidad, es decir, que si un material carece de tenacidad es frágil. Los materiales frágiles ofrecen poca resistencia al choque. 7. Fatiga: Es la capacidad de resistencia a los esfuerzos repetitivos, variables en magnitud y sentido. 8. Resiliencia: No se puede considerar como una propiedad, es una realidad. Resiliencia es la energía que absorbe una probeta por unidad de sección antes de romperse. A mayor tenacidad, más resiliencia. Mª Nuria López Uña 7

8 U.T. 1. Materiales empleados en elementos de máquinas TuLibrodeFP Propiedades Físicas de los Materiales. Dependen tanto de la estructura del material como del procesamiento de los materiales. El comportamiento físico de los materiales se encuentra descrito por una gran variedad de propiedades: 1. Propiedades eléctricas 2. Propiedades magnéticas. 3. Propiedades ópticas 4. Propiedades térmicas 1. Propiedades eléctricas: En muchos casos el comportamiento eléctrico del material es más crítico que el comportamiento mecánico. Dentro de esta nos encontramos: Resistividad y Conductividad. Propiedades Electro-Mecánicas: Efecto Piezoeléctrico y Ferroeléctrico. 2. Propiedades magnéticas: Las propiedades magnéticas de un material, presentan interacción de la estructura y microestructura atómica con el campo magnético; esto permite producir Imanes permanentes y Electroimanes. 3. Propiedades ópticas: Son aquellas propiedades que regulan la emisión, absorción, transmisión, reflexión y refracción de la luz. La energía radiante o radiación en forma de ondas o partículas llamadas fotones originan numerosos fenómenos ópticos, cuado interactúan con la estructura electrónica o cristalina de un material. Índice de refracción (n): La velocidad relativa de la luz que pasa a través de un medio (material) es expresada por la propiedad llamada ÍNDICE DE REFRACCIÓN: n = c / v c- velocidad de la luz en el vacío v- velocidad de la luz en el medio Propiedades ópticas características: Color Rayos X Fotoconducción 4. Propiedades térmicas: Las propiedades térmicas incluyendo la CAPACIDA TÉRMICA, CONDUCTIVIDAD TÉRMICA y DILATACIÓN TÉRMICA, reciben influencia de la vibración atómica y en el caso de la conductividad térmica de la transferencia de energía a través de los electrones. Conductividad térmica (k): es una medida de la intensidad a la que el calor se transmite a través de un material. Esta relación al calor (Q) transmitido a través de una determinada sección por segundo cuando existe gradiante de temperatura. 8 Mª Nuria López Uña

9 TuLibrodeFP 2014 U.T. 1. Materiales empleados en elementos de máquinas Propiedades Químicas de los Materiales. Las propiedades químicas comprenden entre otras: Las fuerzas de enlace: debido a la COMPOSICIÓN. Corrosividad: comportamiento ante medios agresivos. El deterioro de un material por CORROSIÓN es primordialmente un proceso químico que está determinado por la mutua solubilidad de los materiales, o la tendencia de un material para ceder sus electrones en una celda electroquímica. Se puede controlar este deterioro excluyendo el medio ambiente corrosivo y efectuando el uso de recubrimientos. La ESTRUCTURA de un material también desempeña un papel importante en la corrosión, produciendo estructuras más homogéneas, libres de esfuerzos y lugares de mayor energía mediante el control de la COMPOSICIÓN, el proceso y el comportamiento térmico, lo cual mejora la resistencia a la corrosión. El deterioro por desgaste se reduce al mejorar el control sobre la ESTRUCTURA y propiedades del material. La selección de aleaciones y del procesamiento de los materiales que proporcionan una alta dureza, conduce menores grados de desgaste CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES Son varios los materiales que se utilizan para fines industriales, por sus características y sus propiedades, para llegar a los fines que se requiere. Los materiales utilizados en la industria los podemos dividir en dos grupos: Materiales metálicos Materiales no metálicos. Materiales metálicos (metales y sus aleaciones): Sustancias inorgánicas que están compuestas de uno o más elementos metálicos (hierro, cobre, etc.), pudiendo contener también algunos elementos no metálicos (carbono). Los materiales no metálicos: Se pueden dividir en dos grupos: Los materiales cerámicos Los polímeros Mª Nuria López Uña 9