Introducción a los procesos de manufactura
: figura, tablas
- Autores:
-
Ortiz Sánchez, Yesid
Cañas Mendoza, Luz Adriana
Marulanda Arevalo, Jose Luddey
- Tipo de recurso:
- Book
- Fecha de publicación:
- 2024
- Institución:
- Universidad Tecnológica de Pereira
- Repositorio:
- Repositorio Institucional UTP
- Idioma:
- spa
- OAI Identifier:
- oai:repositorio.utp.edu.co:11059/15606
- Acceso en línea:
- https://hdl.handle.net/11059/15606
https://doi.org/10.22517/9789587229905
https://repositorio.utp.edu.co/home
- Palabra clave:
- 370 - Educación
Manufacturas
Nanotecnología
Ingeniería mecánica
Fundamentos de manufactura
Procesos de manufactura
Nanotecnología
Ingeniería de la producción
Manufactura integrada por computador
Sistemas flexibles de manufactura
- Rights
- openAccess
- License
- Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
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Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)Manifiesto (Manifestamos) en este documento la voluntad de autorizar a la Biblioteca Jorge Roa Martínez de la Universidad Tecnológica de Pereira la publicación en el Repositorio institucional (http://biblioteca.utp.edu.co), la versión electrónica de la OBRA titulada: La Universidad Tecnológica de Pereira, entidad académica sin ánimo de lucro, queda por lo tanto facultada para ejercer plenamente la autorización anteriormente descrita en su actividad ordinaria de investigación, docencia y publicación. La autorización otorgada se ajusta a lo que establece la Ley 23 de 1982. Con todo, en mi (nuestra) condición de autor (es) me (nos) reservo (reservamos) los derechos morales de la OBRA antes citada con arreglo al artículo 30 de la Ley 23 de 1982. En concordancia suscribo (suscribimos) este documento en el momento mismo que hago (hacemos) entrega de mi (nuestra) OBRA a la Biblioteca “Jorge Roa Martínez” de la Universidad Tecnológica de Pereira. Manifiesto (manifestamos) que la OBRA objeto de la presente autorizaciónhttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/http://purl.org/coar/access_right/c_abf2info:eu-repo/semantics/openAccessOrtiz Sánchez, YesidCañas Mendoza, Luz AdrianaMarulanda Arevalo, Jose Luddey2025-02-11T14:21:59Z2025-02-11T14:21:59Z2024https://hdl.handle.net/11059/15606978-958-722-990-5https://doi.org/10.22517/9789587229905Universidad Tecnológica de PereiraRepositorio Universidad Tecnológica de Pereirahttps://repositorio.utp.edu.co/home: figura, tablasEl presente texto es el resultado de la experiencia como docentes universitarios de sus autores, quienes han impartido en sus universidades diferentes cátedras que involucran los procesos de manufactura. Es por ello que en el texto se plasma de forma clara y práctica conceptos generales de cada uno de los procesos de manufactura con los que estará involucrado el estudiante de ingeniería de manufactura y de ingeniería mecánica, al inicio de su carrera, principalmente el texto está dirigido a cubrir contenido programático de la asignatura introducción a la ingeniería de manufactura, impartida en el primer semestre de la carrera de ingeniería de manufactura en la Universidad Tecnológica de Pereira.Prólogo ..................................................................................................................18 Acrónimos.............................................................................................................20 Glosario.................................................................................................................22 Símbolos................................................................................................................23 Introducción .........................................................................................................24 CAPÍTULOUNO..................................................................................................26 INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA DE MANUFACTURA.....................27 1.1 Procesos de acuerdo al método de conformación de piezas (mecanismos básicos)............................................................................................................31 1.1.1 Proceso de manufactura por solidificación (Solidificación o fundición).....................................................................................................31 1.1.2. Proceso de manufactura por corte o arranque de viruta.....................32 1.1.3. Procesos de manufactura por deformación plástica...........................32 1.1.4. Procesos de manufactura por abrasión...............................................33 1.2. Procesos de acuerdo a la tecnología y al nivel de automatización......33 1.3. Metrología dimensional y la manufactura ...........................................35 1.4. Ciclos de vida de un producto................................................................41 1.4.1. Concepto asociado a las técnicas de mercadotecnia..........................42 1.4.2. Concepto asociado a la vida útil del producto en manos del usuario 43 1.4.3. Concepto asociado al desarrollo de producto ....................................44 1.5. Ejercicios propuestos..............................................................................45 1.5.1. Preguntas de autoevaluación para consolidación de conocimientos..45 1.5.2. Ejercicios de aplicación práctica de conceptos en Ingeniería de Manufactura .................................................................................................46 CAPÍTULO DOS .................................................................................................49 MECANISMOS FÍSICOS GENÉRICOS DE OBTENCIÓN Y ACABADO DE PIEZAS.................................................................................................................50 2.1. Propiedades de los materiales................................................................50 2.1.1. Propiedades mecánicas de los materiales ..........................................51 2.1.2. Esfuerzos físicos a los cuales pueden ser sometidos los materiales..54 2.1.3. Diagrama esfuerzo – deformación.....................................................59 2.2. Fundamentos físico-mecánicos del trabajo a presión de los metales.62 2.3. Comportamiento del material en el formado de metale .....................63 2.4. Deformación plástica volumétrica ........................................................64 2.4.1. Laminado ...........................................................................................66 2.4.2. Trefilado.............................................................................................68 2.4.3. Forja ...................................................................................................68 2.4.3.1. Forja manual.................................................................................69 2.4.3.2. Forja mecanizada..........................................................................70 2.4.4. Extrusión............................................................................................73 2.4.5. Temperaturas en el proceso de extrusión ...........................................76 2.5. Fundición.................................................................................................77 2.5.1. Materiales en el proceso de fundición ...............................................80 2.5.1.1. La fundición en los materiales poliméricos..................................80 2.5.1.2. La fundición en los materiales cerámicos....................................82 2.5.1.3. La fundición en los materiales metálicos. ....................................83 2.5.2. Moldes en fundición ..........................................................................84 2.5.2.1. Fundición en moldes desechables. ...............................................85 2.5.2.2. Fundición en moldes permanentes. ..............................................88 2.5.3. Calentamiento del materia .................................................................92 2.5.4. Hornos para fundición .......................................................................92 2.5.4.1. Alto horno.....................................................................................92 2.5.4.2. Horno convertidor básico de oxígeno BOF..................................93 2.5.4.3. Horno de Cubilote ........................................................................94 2.5.4.4. Horno de combustible directo ......................................................95 2.5.4.5. Horno de crisol. ............................................................................96 2.5.4.6. Horno de arco eléctrico. ...............................................................97 2.5.5. Solidificación y enfriamiento del material.........................................98 2.5.4.7. Horno de inducción. .....................................................................98 2.6. Procesamiento de polímeros ................................................................100 2.6.1. Moldeo de polímeros por extrusión.................................................101 2.6.2. Moldeo de polímeros por inyección ................................................101 2.6.3. Moldeo de polímeros por soplado ...................................................102 2.6.4. Moldeo de polímeros por compresión .............................................103 2.6.5. Moldeo de polímeros por termoformado.........................................103 2.7. Corte y arranque de viruta..................................................................104 2.7.1. Taladrado..........................................................................................105 2.7.2. Fresado.............................................................................................106 2.7.3. Torneado ..........................................................................................107 2.8. Abrasión.................................................................................................108 2.8.1. Esmerilado .......................................................................................108 2.8.2. Rectificado .......................................................................................109 2.8.3. Bruñido ............................................................................................110 2.8.4. Superacabado................................................................................... 111 2.8.5. Pulido............................................................................................... 111 2.8.6. Abrillantado .....................................................................................112 2.9. Manufactura aditiva ............................................................................ 113 2.10. Ejercicios propuestos.......................................................................... 115 2.10.1.Preguntas de autoevaluación para consolidación de conocimientos............................................................................................115 2.10.2.Ejercicios de aplicación práctica de obtención y acabado de piezas .........................................................................................................117 CAPÍTULO TRES.............................................................................................121 PROCESOS BÁSICOS DE OBTENCIÓN DE PIEZAS ...............................122 3.1. Deformación plástica de láminas y chapas.........................................122 3.1.1. Estampado y acuñado ......................................................................123 3.1.2. Embutido o estirado.........................................................................124 3.1.3. Rolado y curvado.............................................................................130 3.1.4. Doblado............................................................................................132 3.1.5. Troquelado .......................................................................................135 3.1.6. Repujado de formas.........................................................................136 3.2. Principios del corte de materiales .......................................................139 3.2.1. Materiales para herramientas de corte ...........................................142 3.2.1.1. Aceros al carbono para herramientas..........................................143 3.2.1.2. Aceros rápidos y extra rápidos HS y HSS..................................144 3.2.1.3. Carburos metálicos o metales duros HM. ..................................144 3.2.1.4. Cerámicos metálicos o cermets. .................................................145 3.2.2. Geometría general de las herramientas de corte ..............................146 3.2.2.1. Modelo ortogonal de corte. ........................................................146 3.2.2.2. Modelo de corte oblicuo y fuerza de corte resultante ................149 3.2.3. Clases de viruta................................................................................150 3.3. Procesos mecánicos, electrofísicos y electroquímicos no convencionales..............................................................................................151 3.3.1.1. Conformado superplástico-SPF..................................................152 3.3.1. Procesos mecánicos .........................................................................152 3.3.1.2. Formado por explosión...............................................................153 3.3.1.3. Maquinado ultrasónico...............................................................154 3.3.1.4. Corte con chorro de agua y chorro abrasivo...............................156 3.3.2. Procesos de manufactura eléctricos.................................................159 3.3.2.1. Maquinado electroquímico-ECM...............................................159 3.3.2.2. Formado electromagnético.........................................................161 3.3.3. Procesos de manufactura térmicos...................................................162 3.3.3.1. Mecanizado por electrodescarga o electroerosión-EDM. ..........162 3.3.3.2. Proceso de manufactura basado en laser-LBM. .........................166 3.3.4. Procesos de manufactura químicos..................................................178 3.4. Eficiencia energética en procesos de maquinado ...............................181 3.4.1. Cálculo de la eficiencia energética...................................................181 3.5. Ejercicios propuestos............................................................................182 3.5.1.Preguntas de autoevaluación para consolidación de conocimientos 182 3.5.2. Ejercicios de aplicación práctica en procesos de maquinado, mecanizado y deformación plástica...........................................................183 CAPÍTULO CUATRO ......................................................................................185 ROCESOS DE CAMBIO DE PROPIEDADES SUPERFICIALES DE UNA PIEZA..................................................................................................................186 4.1. Procesos de limpieza de piezas y superficies.......................................188 4.1.1. Limpieza manual..............................................................................189 4.1.2. Limpieza mecánica ..........................................................................189 4.1.2.1. Esmerilado..................................................................................189 4.1.2.2. Chorro abrasivo (Sand blasting).................................................190 4.1.2.3. Acabado masivo. ........................................................................192 4.1.3. Limpieza química ............................................................................194 4.1.3.1. Limpieza alcalina. ......................................................................195 4.1.3.2. Limpieza electrolítica.................................................................195 4.1.3.3. Limpieza con emulsión. .............................................................196 4.1.3.4. Limpieza con solventes. .............................................................196 4.1.3.5. Limpieza ácida. ..........................................................................197 4.1.3.6. Limpieza ultrasónica ..................................................................198 4.2. Procesos de recubrimientos superficiales ...........................................199 4.2.1. Pinturas ............................................................................................199 4.2.2. Recubrimientos aplicados por conversión .......................................201 4.2.2.1. Tratamientos químicos. ..............................................................201 4.2.3. Aspersión térmica o rociado térmico ...............................................202 4.2.2.2. Anodizado (oxidación anódica)..................................................202 4.2.3.1. Rociado térmico por combustión. ..............................................204 4.2.3.2. Rociado térmico por oxi-combustible de alta velocidad (HVOF) ...................................................................................................204 4.2.3.3. Rociado térmico por arco. ..........................................................205 4.2.3.4. Rociado térmico por plasma (Air Plasma Spraying)..................205 4.2.4. Inmersión en caliente .......................................................................206 4.2.5. Deposición física o química de vapor..............................................207 4.3. Tratamientos térmicos..........................................................................209 4.3.1. Recocido ..........................................................................................210 4.3.1.1. Recocido supercrítico o de ablandamiento.................................210 4.3.1.2. Recocidos subcríticos o de alivio de tensiones. .........................211 4.3.1.3. Recocido de recristalización.......................................................211 4.3.1.4. Recocidos isotérmicos................................................................212 4.3.1.5. Recocido de homogenización.....................................................212 4.3.2. Normalizado.....................................................................................212 4.3.3. Endurecimiento por precipitación o envejecido ..............................212 4.3.4. Temple..............................................................................................214 4.3.5. Revenido ..........................................................................................215 4.3.6. Tratamientos termoquímicos............................................................217 4.3.6.1. Carburización o cementación. ....................................................217 4.3.6.2. Nitruración..................................................................................218 4.3.6.3. Carbonitruración.........................................................................219 4.3.6.4. Cianuración. ...............................................................................220 4.3.6.5. Sulfinización...............................................................................221 4.3.6.6. Cromizado y borizado. ...............................................................221 4.3.7. Diagramas TTT (Tiempo-Temperatura-Transformación)................222 4.3.8. Hornos para tratamientos térmicos..................................................224 4.4. Acabado superficial...............................................................................226 4.4.1. Acabados decorativos ......................................................................226 4.4.2. Acabados funcionales ......................................................................228 4.5. Ejercicios propuestos ...........................................................................230 4.5.1. Preguntas de autoevaluación para consolidación de conocimientos230 4.5.2.Aplicación práctica de conceptos de tratamientos térmicos y acabados superficiales de piezas, en la manufactura .................................................233 CAPÍTULO CINCO..........................................................................................235 EVALUACIÓN DE LA CALIDAD DE UNA PIEZA MANUFACTURADA........................................................................................236 5.1. Aseguramiento de calidad y control de calidad .................................237 5.1.1. Metrología dimensional ...................................................................238 5.1.2. Tolerancia dimensional ....................................................................241 5.1.3. Textura de la superficie ....................................................................246 5.1.4. Tolerancia geométrica......................................................................246 5.1.5. Integridad superficial .......................................................................247 5.2. Métodos estadísticos de control de calidad.........................................247 5.3. Ensayos no destructivos .......................................................................248 5.3.1. Inspección visual..............................................................................250 5.3.2. Líquidos penetrantes........................................................................250 5.3.3. Inspección mediante partículas magnéticas.....................................252 5.3.4. Inspección con ultrasonido ..............................................................253 5.3.5. Inspección con métodos acústicos...................................................256 5.3.6. Inspección con radiografía...............................................................257 5.3.7. Inspección térmica ...........................................................................258 5.4. Ensayos destructivos.............................................................................259 5.4.1. Ensayo de tensión ............................................................................259 5.4.2. Ensayo de tenacidad.........................................................................261 5.4.3. Ensayos de dureza............................................................................262 5.4.3.1. Ensayos de microdureza.............................................................263 5.4.3.2. Ensayos de macrodureza. ...........................................................264 5.5. Ejercicios propuestos............................................................................265 5.5.1. Preguntas de autoevaluación para consolidación de conocimientos265 5.5.2. Cuestionario práctico de integración de conceptos para la evaluación de la calidad en ingeniería de manufactura................................................266 CAPÍTULO SEIS...............................................................................................269 PROCESOS GENÉRICOS DE ENSAMBLE DE PIEZAS...........................270 6.1. Uniones removibles...............................................................................270 6.1.1. Guías o insertos................................................................................271 6.1.2. Ajustes..............................................................................................271 6.1.3. Remaches.........................................................................................272 6.1.3.1. Remaches de golpe.....................................................................273 6.1.3.2. Remache ciego o pop .................................................................273 6.1.4. Uniones roscadas .............................................................................275 6.2. Uniones fijas ..........................................................................................286 6.2.1. Uniones fijas por soldadura..............................................................286 6.2.1.1. Soldadura por arco eléctrico con electrodo revestido (SMAW).286 6.2.1.2. Soldadura por arco con electrodo metálico y gas de protección (GMAW). ................................................................................................289 6.2.1.3. Soldadura por arco con varilla tubular (FCAW). .......................289 6.2.1.4. Soldadura por arco con electrodo de tungsteno y gas de protección (GTAW)...................................................................................................290 6.2.1.5. Proceso de soldadura por arco sumergido (SAW)......................291 6.2.1.6. Proceso de soldadura oxiacetilénica (OAW)..............................291 6.2.1.7. Soldadura fuerte (Brazing ..........................................................292 6.2.1.8. Soldadura blanda (Soldering).....................................................292 6.2.1.9. Soldadura por espárragos. ..........................................................292 6.2.1.10. Soldadura por electro-escoria (ESW).......................................293 6.2.1.11. Soldadura por resistencia (RW)................................................293 6.2.1.12. Soldadura por arco de plasma (Plasma arc welding - PAW). ..293 6.2.2. Uniones fijas con adhesivos.............................................................294 6.2.1.13. Soldadura por rayo láser...........................................................294 6.3. Ejercicios propuestos ...........................................................................298 6.3.1. Preguntas de autoevaluación para consolidación de conocimientos298 6.3.2. Aplicación práctica de conceptos de uniones en ingeniería: desarrollo de habilidades de resolución de problemas................................................299 Bibliografía .........................................................................................................302314 páginasapplication/pdfspaUniversidad Tecnológica de PereiraPereira370 - EducaciónManufacturasNanotecnologíaIngeniería mecánicaFundamentos de manufacturaProcesos de manufacturaNanotecnologíaIngeniería de la producciónManufactura integrada por computadorSistemas flexibles de manufacturaIntroducción a los procesos de 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(http://biblioteca.utp.edu.co), la versión electrónica de la OBRA titulada: La Universidad Tecnológica de Pereira, entidad académica sin ánimo de lucro, queda por lo tanto facultada para ejercer plenamente la autorización anteriormente descrita en su actividad ordinaria de investigación, docencia y publicación. La autorización otorgada se ajusta a lo que establece la Ley 23 de 1982. Con todo, en mi (nuestra) condición de autor (es) me (nos) reservo (reservamos) los derechos morales de la OBRA antes citada con arreglo al artículo 30 de la Ley 23 de 1982. En concordancia suscribo (suscribimos) este documento en el momento mismo que hago (hacemos) entrega de mi (nuestra) OBRA a la Biblioteca “Jorge Roa Martínez” de la Universidad Tecnológica de Pereira. Manifiesto (manifestamos) que la OBRA objeto de la presente autorizaciónopen.accesshttps://repositorio.utp.edu.coRepositorio de la Universidad Tecnológica de 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