Proceso de selección de materiales

Procesos de manufactura y tecnología de materiales

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Iniciemos éste MTA analizando la siguiente interrogante ¿Qué material se utiliza para construir el fuselaje de la avioneta? Evaluación de las características del producto; entre estas: 1. Debe ser liviano. 2. Debe tener la resistencia mecánica para soportar los componentes de la nave y proteger al pasajero.

Análisis técnico; para que el material cumpla con las características del producto debe tener: 1. Baja densidad; se puede utilizar: polímeros (papel, plástico), metales (aluminio, magnesio) 2. Resi Resiste stenci ncia a mecánica y tenacidad, se puede utilizar: metales (aluminio, acero). considerar que la densidad del acero es 3 veces la densidad del aluminio. 3. Resi Resiste stente nte a la oxidación y a la corrosión , se puede utilizar polímeros (papel, plástico), metales (aluminio, acero inoxidable), considerar que la densidad del acero inoxidable es 3 veces la densidad del aluminio. 4. Sopo Soport rtar ar temperatura, para que no se inflame con la energía térmica de los motores. se puede utilizar metales o cerámicos. Conclusión De acuerdo a las características requeridas por el producto, se concluye que el material idóneo para construir el fuselaje de la avioneta es el aluminio. Por: su baja densidad, resistencia mecánica, buena resistencia a la oxidación y corrosión y soportar temperaturas de 600 ºC.

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La selección del material de un producto, es un proceso iterativo, entre el producto (necesidad), el diseño, el material y el proceso de manufactura. El material seleccionado debe: 1. Tener las propiedades exigidas por el producto. 2. Estar disponible en el mercado 3. No contaminar el medio ambiente, se debe fomentar el reciclaje. 4. Deber ser de bajo costo El proceso de selección comienza identificando las características del producto. Teniendo la necesidad (producto), se comienza: 1. Definiendo las características del producto, de acuerdo a la necesidad que debe satisfacer. 2. Se elabora el diseño del producto, para definir las dimensiones, los acabados y otras características del producto. 3. Se selecciona el material, que tenga las características del producto. Si no se cuenta con el En ambos se material apropiado, se retorna a la etapa de diseño, para hacer los cambios, que permitan retorna al inicio, utilizar los materiales disponibles, teniendo presente que el material sea reciclable y si no es factible económico. 4. Por último; se evalúa las dificultas que se pueden presentar en el proceso de manufactura. Sí el material necesita un método especial de transformación y este método no es disponible, se sebe retornar a la etapa de diseño para utilizar otro material.

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Parámetros de selección . Son los requisitos y restricciones que se debe tener presente en el proceso de selección de los materiales , de un determinado producto, para cumplir con las condiciones técnicas, comerciales, gubernamentales, de diseño, de manufactura y montaje. Principales parámetros de selección. 1. Propiedades del material : se refiere a las propiedades mecánicas. físicas, químicas y de manufactura que debe tener el material 2. Acción del medio ambiente sobre el material , se considera como el ambiente influencia en las propiedades o vida útil del material. 3. Vida útil: periodo estimado de duración del producto. 4. Restricciones ecológicas , se da prioridad a los materiales que se reciclan y su utilización no afecta el medio ambiente 5. Disponibilidad del material en el mercado , es necesario conocer si el material propuesto esta disponible en el mercado, para evaluar la factibilidad de fabricar el producto. 6. Códigos o normas que reglamentan el uso del material , sí el producto esta normado la selección del materiales esta restringido a cumplir lo normado. 7. Proceso de fabricación, permite evaluar la factibilidad y costo de transformación del material. 8. Costo. Determina el valor del producto, es importante considerar cuando hay restricciones económicas.

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Es el procedimiento que se sigue para la adecuada selección del material.

Procedimiento: 1. Identificar el producto, se realiza para determinar las propiedades que debe tener el material a seleccionar y consiste en determinar: •

La función del producto:

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Las características del producto.

•

El ambiente en el cual se utiliza.

2. Identificar las partes o componentes del producto: permite determinar si todos los componentes del producto pueden ser fabricados del mismo material o son diferentes, para esto es necesario conocer: •

•

•

Función de cada componente en el producto. Características que debe tener el material de cada componente para que cumpla su función en el producto. Identificar la propiedades que debe tener el material

3. Influencia del medio ambiente en el material, es necesario conocer como el medio ambiente influye en la vida útil del producto, para prevenir y tenerlo presente en el diseño.

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4.

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Proceso de manufactura y restricciones ecológicas , en función de las características del producto, se planifica los métodos de producción, que garanticen las propiedades exigida al material.

5. Costo y facilidad de adquisición, evaluar la disponibilidad económica, para definir el valor del producto, sí el material no esta disponibilidad en el mercado, puede encarecer o retrasar la fabricación. 6. Selección de los materiales que cumplen las propiedades, se realiza: •

•

•

•

Utilizando tablas, manuales, normas, catálogos de proveedores de los materiales. Con la información, recopilada se analizan los materiales disponibles en dos o mas etapas, comenzando con agrupar los materiales por propiedades semejantes (ejemplo: metales, cerámicos, polímeros) . Definido el boque de materiales que se pueden utilizar, se pasa a evaluar propiedades especificas del material (ejemplo, los métales se puede agrupar en metales pesados, livianos, inoxidables, etc.) El material seleccionado debe cumplir con las características técnicas, las restricciones ecológicas, y económicas, que den al producto la vida útil esperada.

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Debido al alto número de factores que influyen en la selección de materiales, los métodos utilizados para seleccionar reducen los parámetros de sección limitándose a los mas importantes. De acuerdo a esto se plantean tres métodos de selección de materiales.

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1.‐ Método tradicional. En este método, el ingeniero escoge el material que cree más adecuado, en base su experiencia de utilizar partes que tiene un funcionamiento similar y que han tenido buenos resultados. Este método también es conocido como materiales de ingeniería de partes similares. El método mantiene buena aceptación debido a lo siguiente: El ingeniero se siente seguro con un material conocido, utilizado y ensayado En algunos casos este método contribuye a la estandarización del stock Considerando que el material ya fue utilizado, las características del material y los proceso de transformación son conocidos, evitando pérdida de tiempo en ensayos y procesos. Sin embargo, el uso de este método, en ocasiones conduce a deficiencias, ya que no se hace un estudio real del ambiente de trabajo del componente o equipo, el cual puede ser decisivo a la hora de escoger el material. • • •

No existe el material perfecto. Se trata de saber elegir el material adecuado para los requisitos de su aplicación.

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2.‐ Método gráfico de selección de material . Este método se apoya en graficas (conocidas como mapas de materiales), en las que se relacionan por pares ciertas propiedades de los materiales. El método fue diseñado exclusivamente para ser utilizado durante la etapa conceptual de la selección de materiales. En estos mapas se puede hacer una aproximación del material más adecuado (perteneciente a una determinada familia de materiales), con base en la relación de las propiedades más importantes que debe poseer el componente. Como ejemplo de un par de propiedades que relacionan en estos mapas están el módulo de elasticidad en función de la densidad, como se muestra en la diapositiva. Como es de esperarse, rara vez el comportamiento de un componente depende sólo de una propiedad. De igual manera, diagramas como los de Ashby, muestran que las propiedades de las diferentes clases de materiales pueden variar en amplios intervalos (dependiendo del estado de estos), formando grupos que se ubican en áreas cerradas, zonas o campos en tales diagramas. Eso significa, que una misma familia de materiales puede tener una apreciable variación en sus propiedades, generando un campo o zona en los mapas. En estos mapas se relaciona entre otras, propiedades la resistencia mecánica, el módulo de elasticidad, la densidad, la tenacidad, la conductividad térmica, la difusividad, la expansión térmica y el costo.

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3.‐ Método de selección de materiales con ayuda de bases de datos. Este método se sustenta en las bases de datos sobre materiales, que han sido construidas para comercialización y son distribuidas por los vendedores de materiales. Estas bases de datos son el resultado de investigaciones en ensayos de materiales. Las bases de datos se dividen básicamente en dos categorías, numéricas y literarias o de referencias bibliográficas. Dentro de las más importantes bases de datos están el banco de datos de la ASTM, la SAE, la ASM , la AISI, la NASA, etc. Una base de datos; pública el material que ha adquirido gran importancia por la cantidad de datos y variedad de materiales que maneja, puede ser consultada en la página web. www.matweb.com. La selección de materiales con ayuda de estas bases de datos, parte del conocimiento de las principales propiedades que se deben tener presente para un fin específico. El programa solicita el valor aproximado de las propiedades que debe tener el componente y lista uno o varios materiales que pueden servir. Son varias las fuentes donde se compilan bases de datos. En forma escrita, estas bases de información pueden ser encontradas en textos y en artículos publicados como resultado investigación.

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Como ejemplo de selección de materiales, desarrollemos la selección de los materiales a utilizar en la fabricacion de un destornillador.

Identificación del producto: •

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Función: Hacer girar los tornillos, para instalarlos o desinstalarlos. Característica: debe ser: Resistente, durable, cómodo para operarlo, se debe definir la forma y dimensiones, de la punta plana. Ambiente trabajo: será utilizado en instalaciones eléctricas y mecánicas.

Partes o Componentes del destornillador 1.

Cuerpo y punta

2.

Mango

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Para seleccionar el material del cuerpo del destornillador, Se identifica la función del cuerpo para determinar las propiedades que debe tener:

Función: Transmitir el torque que se ejerce en el mango al tornillo, a través de la punta del destornillador y la ranura de la cabeza del tornillo Características del material del cuerpo, debe ser: Resistencia al pandeo Evitar rápida deformación permanente Resistente al indentado Evitar rotura con poco esfuerzo • • • •

Para que el cuerpo tenga las características señaladas, el material debe tener las siguientes Propiedades: Alto Modulo de elasticidad Buena resistencia mecánica (Esfuerzo de fluencia) Buena Dureza Tenacidad Con esta propiedades se construye la tabla de evaluación, para comparar los diferentes materiales posibles de ser utilizados. • • • •

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Conociendo las propiedades de los materiales, se ha preparado la tabla de evaluación para tres alternativas de materiales disponibles para construir el cuerpo del destornillador.

Observando el resultado, en el cuadro de evaluación En esta primera evaluación se recomienda que para el cuerpo del destornillador: se debe utilizar un METAL. Ahora queda en realizar, una nueva evaluación para determinar que metal se recomienda utilizar.

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En la selección del material del mango del destornillador, Se identifica la función del mango; para determinar las propiedades que debe tener: Función: Producir el torque requerido para ajustar o aflojar el tornillo, por la fuerza tangencial ejercida en el diámetro exterior del mango por el operador.

Características: •

Comodidad en la manipulación.

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Mal conductor de la electricidad.

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Evitar la rotura con poco esfuerzo.

•

Facilidad de fabricación

Para que el mango tenga las características señaladas, el material debe tener las siguientes Propiedades: Textura y peso apropiado Mala conductividad eléctrica Buena tenacidad De fácil fabricación Con esta propiedades se construye la tabla de evaluación, para comparar los diferentes materiales posibles de ser utilizados. • • • •

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Conociendo las propiedades de los materiales, se prepara la tabla de evaluación para tres alternativas de materiales disponibles; para construir el mango del destornillador.

Observando el resultado, en el cuadro de evaluación Se concluye que para el mango del destornillador se puede utilizar: madera o polímero . Utilizando un nuevo parámetro, que influyan en el material del mango se puede decidir cual de los dos materiales se utiliza, ejemplo puede ser el costo

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