elementos de máquinas

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.
Elementos de Máquinas
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Avda. Maestro Serrano, 19-10
46120 Alboraya (Valencia)
ISBN:
Depósito legal:
Edición: TuLibrodeFP S.L.
Autora: María Nuria López Uña
Maquetación: Yolanda Camacho Sánchez
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
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 ....................................................................................................................................................
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U.T. 1. Materiales empleados en elementos de máquinas
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Elementos de Máquinas
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1.1-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.
1.2- 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
Mª Nuria López Uña
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Mª Nuria López Uña
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U.T. 1. Materiales
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elementos de máquinas
Elementos
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1.2.1- 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
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U.T. 1. Materiales empleados en elementos de máquinas
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1.2.2- 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.
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U.T. 1. Materiales
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1.2.3- 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.
1.3- 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
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