lunes, 25 de noviembre de 2013

PROPIEDADES FISICAS-MECANICAS DE LOS MATERIALES

Las propiedades físicas las encontramos cuando estimulamos el material con electricidad, luz, calor... obteniendo de ellos unas características de elasticidad, conductividad (térmica, eléctrica), magnetismo. Estas características no se alteran por medio de otras fuerzas.
Las propiedades mecánicas son aquellas que presentan los sólidos cuando les aplicamos una fuerza.
Vamos a explicar distintos tipos de propiedades:
Plasticidad: es la propiedad mecánica de un material anelástico, natural, artificial, biológico o de otro tipo, de deformarse permanente e irreversiblemente cuando se encuentra sometido a tensiones por encima de su rango elástico, es decir, por encima de su límite elástico.
En los metales, la plasticidad se explica en términos de desplazamientos irreversibles de dislocaciones.

Elasticidad: es la propiedad mecánica de ciertos materiales de sufrir deformaciones reversibles cuando se encuentran sujetos a la acción de fuerzas exteriores y de recuperar la forma original si estas fuerzas exteriores se eliminan.
Dureza: es la oposición que ofrecen los materiales a alteraciones como la penetración, la abrasión, el rayado, la cortadura, las deformaciones permanentes; entre otras. También puede definirse como la cantidad de energía que absorbe un material ante un esfuerzo antes de romperse o deformarse.
La madera es un material muy facil de rayar, mientras que el vidrio es unos de los mas complicados.

Para la obencion de estos datos se realizan ensayos de dureza (brinel, rockwell, vickers son los mas habituales). Consiste en aplicar una fuerza a una probeta de material dejando una marca, que con una tabla y unos parametros determinan la dureza de cada material. La diferencia entre los distintos ensayos es la punta empleada y la forma de la huella que queda, en el ensayo brinell se emplea una bola de acero o carburo de wolframio, el ensayo rockwll utiliza un cono de diamante y en el ensayo vickers se emplea una piramide cuadrangular de diamante.

Resistencia: capacidad para resistir esfuerzos y fuerzas aplicadas sin romperse, adquirir deformaciones permanentes o deteriorarse de algún modo.
Un modelo de resistencia de materiales establece una relación entre las fuerzas aplicadas, también llamadas cargas o acciones, y los esfuerzos y desplazamientos inducidos por ellas. Generalmente las simplificaciones geométricas y las restricciones impuestas sobre el modo de aplicación de las cargas hacen que el campo de deformaciones y tensiones sean sencillos de calcular.
El hormigon es un material con una resistencia a la compresion muy alta.

Resiliencia: es la energía de deformación que puede ser recuperada de un cuerpo deformado cuando cesa el esfuerzo que causa la deformación. La resiliencia es igual al trabajo externo realizado para deformar un material hasta su límite elástico.
Para esto se emplea el pendulo de Charpy,  Son ensayos de impacto de una probeta entallada y ensayada a flexión en 3 puntos. El péndulo cae sobre el dorso de la probeta y la parte. La diferencia entre la altura inicial del péndulo y la final tras el impacto permite medir la energía absorbida en el proceso de fracturar la probeta. En estricto rigor se mide la energía absorbida en el área debajo de la curva de carga.

Fatiga: fenómeno por el cual la rotura de los materiales bajo cargas dinámicas cíclicas se produce más fácilmente que con cargas estáticas.

Conductividad electrica: a es la capacidad de un cuerpo de permitir el paso de la corriente eléctrica a
través de sí. También es definida como la propiedad natural característica de cada cuerpo que representa
la facilidad con la que los electrones (y huecos en el caso de los semiconductores) pueden pasar por él.
Varía con la temperatura. Es una de las características más importantes de los materiales.
 
La conductividad es la inversa de la resistividad y su unidad es el S/m
Conductividad térmica: es la capacidad de una sustancia de transferir la energía cinética de sus moléculas a otras moléculas adyacentes o a sustancias con las que no está en contacto.

Fragilidad: es la cualidad de los objetos y materiales de romperse con facilidad. Aunque técnicamente la fragilidad se define más propiamente como la capacidad de un material de fracturarse con escasa deformación.
File:Fragilidad-mecanica.jpg
Un material fragil también es un material duro, también esta relacionado con la tenacidad por medio del modulo de elasticidad, pero no quiere decir que por ser tenaz sea frágil.

Cohesión: es la oposición que tienen los átomos a separarse los unos de otros.
Ductilidad: es la capacidad que tiene un material para poder deformarse sin romperse obteniendo hilos fácilmente. El cobre es un material muy ductil.
 
Maleabilidad: es la capacidad que tiene un material para poder deformarse sin que se rompa pudiendo obtener laminas. El aluminio es un material muy maleable.

domingo, 17 de noviembre de 2013

PROCESOS FABRILES

En esta entrada vamos a explicar los principales procedimientos fabriles utilizados para la producción de piezas:
Calderería: tiene como función principal la construcción de depósitos para almacenaje y transporte, todo tipo de construcción naval y estructuras metálicas.
El material mas común que se trabaja es el acero laminado y vigas de diferentes aleaciones. Para la elaborarlo la maquinaria empleada son cizallas, plegadoras, prensas de estampar y troquelar chapa y maquinas de rodillos...
Los operarios que vayan a realizar todas estas operaciones tienen que estar altamente cualificados para que la calidad obtenida de estos producctos sea la mejor posible.
foto
La Torre Eiffel esta hecha por este proceso, así como petroleros... y en automoción la fabricación de depósitos.
Conformado en frío: la mayoría de los metales se trabajan a temperatura ambiente, aunque por el proceso de conformado se eleva la temperatura. El conformado en frió lo que hace es distorsionar el grano y reducirle de tamaño, mejora la resistencia, la maquinabilidad.
Para el trabajo en frió se requieren presiones mucho mayores que en el trabajo en caliente, ya que el metal permanece en estado rígido.
Por medio de este proceso están fabricados los tornillos.
Estampación: la estampación es un tipo de fabricación por el cual se somete un metal a una carga de compresión entre dos moldes. Esta carga puede ser aplicada de forma progresiva o por percusión. Los moldes son matrices de acero.
Si la temperatura del material a deformar es mayor que la temperatura de recristalizacion se trata de una estampación en caliente, mientras que si es inferior se trata de una estampación en frío.

Los principales procesos son:
-Troquelacion: realización de agujeros o cortes.
-Embutición: obtención de piezas huecas partiendo de una chapa plana.
-Curvado y plegado.
Por este proceso como vimos en la salida educativa que realizamos a Talleres ORAN, se obtienen aletas, paños de puertas...
Extrusión: es un proceso empleado para la fabricación de objetos con sección transversal fija. El material es obligado a pasar por un troquel con la forma deseada. Dos de sus principales ventajas son su habilidad para crear secciones transversales muy complejas y que se puede trabajar con materiales muy quebradizos. Puede ser continua, produciendo de manera "continua"o semicontiuna, ralizandose mas cortes.
Puede ser en frio o en caliente.
Los materiales mas empleados suelen ser metales, polímeros, cerámicos y productos alimentarios..

Las bigas de T están construidas por este procedimiento.
Forjado: este proceso se utiliza para dar forma y unas propiedades determinadas a los metales por medio de la aplicación de grandes presiones. Esta deformación se puede realizar por presión o por impacto.
Es un proceso de conformado en el que no se produce arranque de viruta, los principales tipos son:
-Forja libre
-Forja con estampa
-Recalcado
-Forjado isotérmico
En la actualidad las herramientas empleadas son mecánicas o hidráulicas, capaces de dar la presión necesaria y dar la forma correcta a la pieza.
Fundición: es un proceso de fabricación de piezas, normalmente metálicas, que consiste en fundir un material e introducirlo en un molde donde se solidifica.
El proceso mas común es la fundición en arena, un material refractario muy abundante en la naturaleza y que cuando se mezcla con arcilla, adquiere cohesión y moldeabilidad sin perder la permeabilidad. La fundición en arena consiste en colar un metal fundido en un molde de arena, dejarlo solidificar y posteriormente romper el molde para sacar la pieza.
Por este proceso se fabrican los piñones.

Inyección: el moldeo por inyección es un proceso semicontinuo que consiste en inyectar un polímero o un metal en estado fundido en un molde cerrado a presión y frio, en el interior del molde el material se solidifica. La pieza se obtiene abriendo el molde una vez el material del interior se haya secado por completo.
Es una tecnica muy empleada ya que se pueden fabricar objetos muy diferentes con ella.

Las piezas de LEGO o los Playmobil son fabricados por este proceso, aunque tambien encontramos piezas de automovil o de aviacion.
Laminado: es un proceso de conformacion plastica, en la cual el metal va de forma continua a traves de unos rodillos, es un proceso de deformacion volumetrica en el que se reduce el espesor inicial del material mediante fuerzas de compresion ejercidas por unos rodillos.

Este proceso requiere una gran inversion economica, por eso es empleado para realizar piezas que tengan una produccion de altas cantidades, laminas o placas y llantas con formas.
Los rodillos estan fabricados de materiales resistentes mecanicamente y al desgaste, normalmente son de fundicion y acero forjado, pero los rodillos de pequeño diametro se utiliza el carburo de tungsteno.

Mecanizado con arranque de viruta: el material es arrancado o cortado con una herramienta producciendo asi una viruta o desperdicio. La herramienta utilizada suele estar formada normalmente por una o varias cuchillas que eliminan pequeños cachos de material.
Este proceso fabril se utiliza para desbaste y acabados.

Las herramientas mas comunes son: taladro, limadora, mortajadora (elimina el material del interior de un agujero), cepilladora, torno y fresadora.

Sinterizado: es el tratamiento termico de un polvo o material compactado a una temperatura inferior a la de fusion de la mezcla, con esto se consigue un aumento de la fuerza y la resistencia de la pieza creando enlaces mas fuertes.
Este proceso tiene las ventajas de que la temperatura para obtener dichas piezas es relativamente baja, podemos obtener piezas definitivas y no se desperdicia el material ya que no genera residuos.
Por tanto es un proceso barato y rapido.
Las pastillas de freno estan fabricadas por este proceso.

 
Tratamientos termicos: son diversas operaciones de calentamiento y enfriamiento del material en condiciones controladas de temperatura, velocidad, presion...de los metales.
Con estos tratamientos conseguimos que su resistencia al desgaste aumente, que tenga una tenacidad mayor y que sea mucho mas comodo de mecanizar mediante el arranque de viruta.

Temple: Su finalidad es aumentar la dureza y la resistencia del acero. Para ello, se calienta el acero a una temperatura ligeramente más elevada que la crítica superior Ac (entre 900-950 °C) y se enfría luego más o menos rápidamente (según características de la pieza) en un medio como agua, aceite, etcétera.
Revenido: Sólo se aplica a aceros previamente templados, para disminuir ligeramente los efectos del temple, conservando parte de la dureza y aumentar la tenacidad. El revenido consigue disminuir la dureza y resistencia de los aceros templados, se eliminan las tensiones creadas en el temple y se mejora la tenacidad, dejando al acero con la dureza o resistencia deseada. Se distingue básicamente del temple en cuanto a temperatura máxima y velocidad de enfriamiento.
Recocido: Consiste básicamente en un calentamiento hasta la temperatura de austenización (800-925 °C) seguido de un enfriamiento lento. Con este tratamiento se logra aumentar la elasticidad, mientras que disminuye la dureza. También facilita el mecanizado de las piezas al homogeneizar la estructura, afinar el grano y ablandar el material, eliminando la acritud que produce el trabajo en frío y las tensiones internas.
Normalizado: Tiene por objetivo dejar un material en estado normal, es decir, ausencia de tensiones internas y con una distribución uniforme del carbono. Se suele emplear como tratamiento previo al temple y al revenido.
Trefilado: es una operación de conformación en frío consistente en la reducción de sección de un alambre o varilla haciéndolo pasar a través de un orificio cónico practicado en una herramienta llamada hilera o dado. Los materiales más empleados para su conformación mediante trefilado son el acero, el cobre, el aluminio y los latones, aunque puede aplicarse a cualquier metal o aleación dúctil.

Este proceso consta de cuatro pasos:
-Patentado: tratamiento térmico que consiste en calentar el alambre hasta 950 °C, y una vez alcanzada dicha temperatura; enfriarlo bruscamente en un baño de plomo a 500 °C. Este tratamiento tiene por objeto dar al alambre una estructura dúctil que permite el trefilado.
-Decapado: consiste en preparar y limpiar el material, eliminando el óxido que puede haberse formado en las superficies del material, en laminaciones anteriores. Normalmente se hace mediante ataques químicos y posteriormente se realiza una limpieza con agua a presión.
-Trefilado: los lubricantes y diferentes máquinas son los factores principales. Se suele utilizar de lubricantes la parafina y el grafito en solución coloidal o finamente dividido.
-Acabado: una vez que ya ha salido el material de la hilera, se le somete a operaciones de enderezamiento, eliminación de tensiones y, a veces, algunos tratamientos isotérmicos para conseguir mejoras en las características mecánicas del producto.