II-01 Morfologia de Los Procesos

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  • 8/17/2019 II-01 Morfologia de Los Procesos

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    1.  MORFOLOGIA DE

    LOS PROCESOS

    1.1. ESTRUCTURA BASICA DE LOS PROCESOS DE FABRICACION. 1.1.1. MODELO GENERAL.

    Se define PROCESO como un cambio en las propiedades de un objeto, tales como la geometría, dureza,

    estado, datos sobre la forma, etc.

    Para producir cualquier cambio en alguna de las propiedades descritas, deben existir tres agentes

    esenciales e imprescindibles según se representa en el diagrama de flujo de la Fig. 1.0, en la que -e- indica 

    entrada y -s- indica salida. Estos agentes son: materia

     energía

     información

    Fig. 1.0 Modelo general de los procesos

    Según el fin para el que se desarrolle el proceso, éste puede ser un proceso de material o de energía o de

    información. En los siguientes planteamientos se van a considerar procesos sobre el material, es decir

    aquéllos que producen cambios geométricos o de propiedades de los materiales, pero ello no significa una

    limitación al criterio general.

    El flujo de material puede ser dividido en tres tipos principales, como se muestra en la figura l. l:

    1. Flujo directo, correspondiente a procesos de conservación de masas. 

    2. Flujo divergente, correspondiente a procesos de reducción de masas. 

    3. Flujo convergente, correspondiente a procesos de ensamble o de unión. 

    Los procesos de conservación de masa (dM = 0) se caracterizan de la forma siguiente:

    - La masa inicial del material de trabajo (materia prima) es igual, o casi igual, a la masa final  delmaterial trabajado (producto final) lo cual significa, con referencia a los cambios geométricos, que el

    material se manipula para cambiar su forma.

    Los procesos de reducción de masa (dM < 0) se caracterizan en la forma siguiente:

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     2 1. MORFOLOGIA DE LOS PROCESOS

    - La geometría del componente final está inserta en la geometría inicial del material, lo cual significa

    que se efectúa un cambio de forma a través de la remoción de material.

    Fig. 1.1 Tipos principales de flujo de material:

    a) procesos de conservación de masa (dM = 0)

     b) procesos de reducción de masa (dM < 0)

    c) procesos de ensamble o incremento de masa (dM > 0)

    M = masa de material, e = entrada, s = salida,

    1 y 2 = distintos materiales

    Los procesos de ensamble o unión (dM > 0)  se caracterizan porque la geometría final se obtiene

    ensamblando o uniendo componentes, de manera que la masa de la geometría final es aproximadamente

    igual a la suma de las masas de los componentes.

    Estos tres tipos de flujo de material se refieren al material de trabajo, pero dependiendo del proceso

     puede ser necesario establecer flujos auxiliares para materiales como lubricantes, fluidos refrigerantes y

    materiales de aporte. Debe mencionarse que la mayoría de los procesos dirigidos a cambiar laspropiedades de los materiales sin cambiar su geometría, son procesos de conservación de masa.

    El flujo de información incluye lo que pudiera denominarse información de forma y propiedades. La

    geometría particular para un determinado material puede considerarse como la información de forma de ese

    material.La información de cambio de forma se imprime en el material de tal manera que la información final

    sea igual a la suma de la información inicial de la forma y la información de cambio de forma impresa

    durante el proceso. La información de cambio de forma se crea mediante la interacción entre una

    herramienta o troquel (que tiene cierto contenido de contorno) y un patrón de movimiento para el material

    de trabajo y la herramienta. Esto significa que un proceso de cambio de geometría se caracteriza por unflujo de material, en el que por medio de un flujo de energía se imprime la información de cambio deforma correspondiente al flujo de información.

    La impresión de un cambio geométrico en un material puede ser ejecutada en uno o más pasos, lo cual

    significa que:

     I I I I I I  salida entrada p p e pi 1 2   ....  

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    Donde -Is- es la geometría deseada , -Ie- es la información inicial de forma del material, e -Ip- es lainformación de cambio de forma para un proceso individual. El número de procesos necesarios se

    determina por razones técnicas y económicas.

    Similarmente, el flujo de información sobre propiedades tales como dureza y resistencia abarca la suma

    de las propiedades del material inicial y los cambios de propiedades producidos durante los diferentes

     procesos (p.e. en el trabajo en frío).

    1.1.2. ESTRUCTURA MORFOLÓGICA DE LOS PROCESOS DE FABRICACIÓN.

    Cuando se analizan los procesos de manufactura se pone de manifiesto que todos ellos se pueden

    describir mediante un modelo morfológico general construido con unos cuantos elementos fundamentales

    tomados de los tres sistemas de flujo. Al combinar estos elementos se obtiene la morfología a partir de la

    cual se puede deducir cualquier proceso de manufactura.

    Los elementos fundamentales de este modelo morfológico, (figura 1.2), son:

    - Flujo de material

    - Proceso básico

    - Estado del material

    - Tipo de flujo (tipo de proceso)

    - Flujo de energía

    - Herramienta/troquel

    - Suministro de energía

    - Medio de transferencia

    - Equipo

    - Características energéticas

    - Tipo de energía

    - Flujo de la información

    - Creación de superficie (principios)

    - Patrón de movimiento para:

    - El material

    - La herramienta/troquel

    1.2. SISTEMA DE FLUJO DEL MATERIAL.1.2.1. ESTADO DEL MATERIAL. 

    Los diferentes estados en que el material puede ser procesado son: sólido , líquido, granular y gaseoso

    (figura 1.2). Cuando se procesan materiales compuestos pueden aparecer al mismo tiempo diferentesestados. El estado granular puede ser considerado como una subdivisión del estado sólido, puesto que los

    sólidos se dividen en materiales sólidos coherentes y no coherentes (granulares). Considerando las

    diferencias tecnológicas en las secuencias de procesamiento, se conserva la división acostumbrada en

    materiales sólidos y granulares. Los diferentes estados de los materiales dan por resultado estructuras de

     procesos muy diferentes, como demostraremos más adelante.

    Además del estado del material, su composición también es importante. En este punto puede ser útil

    una división en materiales homogéneos y heterogéneos, tanto para obtener nuevas ideas sobre materiales

    como para evaluar las propiedades de conformación respecto a los procesos fundamentales.

    Los materiales homogéneos incluyen mezclas homogéneas y materiales puros, en forma de elementos y

    compuestos químicos. Los materiales heterogéneos incluyen mezclas mecánicas.

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     4 1. MORFOLOGIA DE LOS PROCESOS

    Dependiendo de la finalidad del análisis que se esté efectuando, los materiales pueden caracterizarse

    también por sus propiedades térmicas, químicas, mecánicas y de manufactura (en corte maquinabilidad, en

    fundición colabilidad). En el estudio de los procesos de manufactura es importante un profundo

    conocimiento y compresión de los materiales y sus propiedades.

    Fig. 1.2 Estructura morfológica de los procesos

    1.2.2. PROCESOS BÁSICOS. 

    Los procesos básicos se definen como procesos que crean cambios en la geometría y/o en las propiedades de los materiales. Los procesos básicos se caracterizan por la naturaleza de su interacción con

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    el material. Un proceso de manufactura consiste generalmente en una serie de procesos básicos que

    constituyen la estructura del flujo de material.

    Cualquier serie de procesos básicos puede dividirse en tres fases típicas:

     Fase l: compuesta por los procesos básicos (calentamiento, fusión, aserrado, etc.) que confieren al

    material un estado adecuado para efectuar el cambio primario de geometría y/o de propiedades.

     Fase 2: compuesta por los procesos básicos que permiten que permiten crear la geometría y/o los

    cambios de propiedades deseados.

     Fase 3: formada por los procesos básicos (enfriamiento, solidificación, eliminación de robabas, etc.)

    que confieren al componente el estado final especificado.

    Fig. 1.3 División de un proceso de manufactura en tres fases

    Esta división se ilustra en la figura 1.3, donde a los procesos básicos asociados a la fase 2 se les

    denomina procesos primarios (ya que ese es el objetivo principal de este estudio), mientras que a los

     procesos básicos asociados a las fases 1 y 3 se llaman procesos básicos secundarios (preprocesos y

     posprocesos). Esta estructura es muy útil cuando se analizan y diseñan procesos de manufactura.

    Mecánicos Térmicos Químicos

    Deformación elástica Calentamiento Solución / disolución

    Deformación plástica Enfriamiento Combustión

    Fractura frágil Fusión Endurecimiento

    Fractura dúctil Solidificación Precipitación

    Flujo Evaporación Transformación de fase

    Mezcla Condensación Difusión

    Separación etc.. etc..

    Colocación

    Transporte

    Tabla 1.1 Categorías de procesos los básicos

    Los procesos básicos pueden dividirse en tres categorías principales, como se muestra en la tabla l.l.

    Esta clasificación se basa en la naturaleza de la interacción con el material de trabajo. Los diversos

     procesos básicos individuales se describirán a continuación.

    Cuando se ha establecido el principal objetivo de un proceso, pueden encontrarse series relevantes de

     procesos básicos primarios y secundarios. En este momento el tipo de material tiene una fuerte influencia,

    debido a que los materiales reaccionan en forma diferente cuando son sometidos a acciones mecánicas,

    térmicas o químicas. Si sólo se toman en cuenta los procesos que producen cambios geométricos, el número

     posible de procesos básicos primarios (fase 2 de la figura 1.3), se reduce a los mostrados en la tabla 1.2.

    El proceso básico primario y la manera de establecerlo es lo que determina los tipos y el número de

     procesos básicos secundarios que se requieren. En este caso debe existir una relación muy profunda con el

    flujo de información.

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     6 1. MORFOLOGIA DE LOS PROCESOS

    Categoría del proceso básico Procesos básicosMecánico Deformación plástica

    Fractura (frágil y dúctil)

    Deformación elástica

    Flujo (colocación, llenado, etc.)

    Térmico Fusión

    Evaporación

    Químico Solución-disolución química

    Solución-disolución electrolítica

    Depositación química

    Depositación electrolítica

    Combustión

    Tabla 1.2 Procesos básicos primarios que cambian la geometría de los materiales

    1.2.3. TIPO DE PROCESOS.

    El sistema de flujo del material puede representarse gráficamente de muy diversas maneras. La figura1.4 constituye un ejemplo concreto. Para poder establecer otros ejemplos, sería necesario distinguir como

    actúan los tres tipos de flujo: material, energía e información.

    Los procesos de manufactura se caracterizan según el sistema de flujo de material, tal como se indica

    en la tabla 1.3. En la última columna se listan ejemplos de procesos para materiales metálicos.

    Como se mencionó anteriormente, es posible distinguir entre tres tipos de flujo: procesos de

    conformación de masa, procesos de reducción de masa y procesos de unión o ensamble. La selección del

    tipo de flujo o proceso depende de los requerimientos de material, geometría, acabado superficial,

    tolerancias, volumen de producción, precio y otros factores.

    Tipo de flujoo proceso Estado delmaterial Categoría delproceso básico Proceso básico primario Ejemplos de procesos

    Procesos de

    conservación de masa

    (dM = 0)

    -Sólido

    -Granular

    -Líquido

    -Mecánico

    -Mecánico

    -Mecánico

    -Deformación plástica

    -Flujo y deformación

     plástica

    -Flujo

    -Forja y laminación

    -Compactación de polvos

    -Fundición

    Procesos de reducción

    de masa (dM < 0)

    -Sólido -Mecánico

    -Térmico

    -Químico

    -Fractura dúctil y frágil

    -Fusión y evaporación

    -Disolución

    -Combustión

    -Torneado, fresado y taladrado

    -Mecanizado por

    electroerosión (EDM)

    -Mecanizado

    electroquímico (ECM)

    -Corte

    Procesos de

    unión

    Enlace atómico

    Adhesión

    -Sólido

    -Líquido

    (en la vecindad

    de la unión)

    -Sólido

    (material líquido

    de aporte)

    -Mecánico

    -Mecánico

    -Mecánico

    -Deformación plástica

    -Flujo

    -Flujo

    -Soldadura por rozamiento

    -Soldadura por fusión

    -Soldadura fuerte o dura

    Tabla 1.3 Clasificación de los procesos tecnológicos usados para dar forma a los materiales.

    (Sólo se mencionan ejemplos típicos de procesos)

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    Fig. 1.4 Ilustración esquemática del sistema de flujo del material

    1.3. EJEMPLOS DE PROCESOS DE MANUFACTURA.Se presenta aquí una breve descripción de los ejemplos de procesos mencionados en la tabla 1.3,. La

    descripción de los ejemplos estará de acuerdo con la estructura de la mencionada tabla y los procesos serán

    estudiados individualmente con más detalles en capítulos posteriores.

    1.3.1. FORJA.

    La forja puede definirse como: conservadora de masa, estado sólido del material de trabajo (metal) y

     proceso básico primario de tipo mecánico (deformación plástica).

    Se utilizan una gran variedad de procesos de forja; la figura 1.5a ilustra el más común: La forja con

    martinete. El material sobrante se expulsa como rebaba en toda la periferia del dado, por la línea que une

    los dos semimoldes, lo cual forma la "línea de partición" de la pieza forjada. Este reborde o línea de

     partición se elimina durante un proceso posterior de rebarbado o esmerilado.Cuando se usa el término forja, generalmente significa forja en caliente. La forja en frío tiene otros

    nombres específicos. La pérdida de material en los procesos de forja por lo común es muy pequeña.

    Debido a que las tolerancias y superficies que se obtienen en el proceso de forja generalmente no son

    satisfactorias para un producto terminado, es normal que las piezas forjadas requieran posteriores procesos

    de maquinado.

    Las máquinas de forja incluyen martinetes y prensas de forjar con accionamiento mecánico o

    hidráulico. Estas máquinas tienen movimientos simples de traslación.

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     8 1. MORFOLOGIA DE LOS PROCESOS

    Fig. 1.5 Procesos de conservación de masa con el material en estado sólido:

    (a) forja; (b) laminación, con el material de trabajo en estado granular;

    (c) compactación de polvo, con el material en estado fluido; (d) fundición

    1.3.2. LAMINACIÓNLa laminación se caracteriza como un proceso: conservador de masa, en estado sólido del material y

    mediante un proceso básico primario de tipo mecánico (deformación plástica).

    La laminación se usa ampliamente en manufactura de placas, perfiles estructurales, láminas, etc. La

    figura l.5b muestra la laminación de una placa o lámina. Se produce un lingote por moldeo y a continuación

    se reduce su espesor en varias etapas, generalmente mientras está al rojo vivo. Puesto que la anchura del

    material de trabajo se mantiene constante, su longitud aumenta de acuerdo con la reducción del espesor.

    Después de la última etapa de laminación en caliente se efectúa una etapa final en frío para mejorar la

    calidad de la superficie, ajustarse a las tolerancias e incrementar la resistencia.

    El perfil final del producto, si lo precisa, se logra debido a que los rodillos laminadores tienen surcos

     periféricos con la forma del perfil deseado.

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    1.3.3. COMPACTACIÓN DE POLVOS.

    La compactación de polvos puede definirse como: conservadora de masa, estado granular del material y

     proceso básico mecánico (flujo y deformación plástica).

    En este punto nos estamos refiriendo únicamente a la compactación de polvos metálicos, pero la

    compactación de las arenas de moldeo, de materiales cerámicas, etc., pertenecen también a esta categoría.

    En la compactación de polvos metálicos (ver fig. 1.5c), la cavidad del molde se llena con un volumen

     predeterminado de polvo, el cual se compacta a una presión cercana a 500 N/mm2. Durante esta etapa de

    compresión las partículas se aglomeran y sufren una deformación plástica. La densidad típica después de la

    compactación es del 80% de la densidad del material sólido. Las partículas quedan "soldadas" debido a la

    deformación plástica, adquiriendo suficiente solidez para resistir la manipulación.

    Después de la compactación, los componentes son sometidos a un tratamiento térmico de sinterización

    (unión entre sí de las partículas compactadas), normalmente al 70-80% de la temperatura de fusión del

    material. La atmósfera para la sinterización debe estar controlada con el fin de prevenir la oxidación. La

    duración del proceso de sinterización varía de 30 min. a 2h. Dependiendo del material y de los parámetros

    del proceso, la resistencia de los componentes después de la sinterización puede estar muy próxima a la

    resistencia del material sólido correspondiente.

    En la posición cerrada, la cavidad del molde corresponde a la geometría deseada. La maquinaria de

    compactación consiste en prensas tanto mecánicas como hidráulicas. El ritmo de producción varía entre 6 y

    100 piezas por minuto.

    1.3.4. FUNDICIÓN.

    El proceso de fundición puede caracterizarse como: conservador de masa, estado fluido del material y

     proceso básico mecánico (llenado de la cavidad del molde). La fundición es uno de los métodos más

    antiguos de manufactura y uno de los procesos mejor conocidos. El material se funde y vierte en un molde

    que tiene la geometría deseada (véase fig. 1.5d), el material líquido toma la forma del molde y su geometría

    se estabiliza finalmente gracias a la solidificación del material.

    1.3.5. TORNEADO.

    Este proceso puede definirse como proceso reductor de masa, estado sólido del material de trabajo y

     proceso básico primario de tipo mecánico (fractura). El proceso de torneado, que es el mejor conocido y el

    más usado de los procesos de reducción de masa, se emplea para manufacturar todo tipo de formas

    cilíndricas eliminando material en forma de virutas con una herramienta de corte. El material de trabajo

    gira, y la herramienta de corte avanza longitudinal o transversalmente a él. Fig. 1.6a.

    1.3.6. MECANIZADO POR ELECTROEROSIÓN.

    El maquinado por electroerosión (EDM: Electrical Discharge Machining) puede caracterizarse como:

    reductor de masa, estado sólido del material de trabajo, proceso básico primario de tipo térmico (fusión yevaporación, véase figura 1.6d).

    En el EDM se elimina material por acción erosiva de numerosas descargas eléctricas pequeñas

    (chispas) entre el material de trabajo y la herramienta (electrodo), teniendo esta última una forma inversa a

    la geometría deseada. Cada descarga ocurre cuando la diferencia de potencial entre el material de trabajo y

    la herramienta es suficientemente grande para causar una descarga disruptiva en el fluido interpuesto entre

    ambos. El fluido, normalmente aceite mineral o petróleo, tiene varias funciones: sirve como dialéctico y

    refrigerante, mantiene una resistencia uniforme al flujo de corriente y retira el material erosionado. El

    chisporroteo, que ocurre a un ritmo de miles de veces por segundo, siempre tiene lugar en el punto donde la

    separación entre la herramienta y la pieza es más pequeña y genera tanto calor que pequeñas cantidades de

    material se evaporan y dispersan en el fluido. La superficie del material tiene una apariencia característica,

    formada por numerosos cráteres pequeños.

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     10 1. MORFOLOGIA DE LOS PROCESOS

    Fig. 1.6 Procesos de reducción de masa con el material en estado sólido:

    (a) torneado; (b) taladrado; (c) fresado; (d) mecanizado por electroerosión (EDM);

    (e) mecanizado electroquímico (ECM); (f) corte por soplete

    1.3.7. MECANIZADO ELECTROQUÍMICO.

    El mecanizado electroquímico (ECM: Electrochemical Machining) puede caracterizarse como: reductor

    de masa, estado sólido del material de trabajo, y proceso básico primario de tipo químico, (disolución

    electrolítica). Ver fig. 1.6e.

    La disolución electrolítica de la pieza de trabajo se efectúa estableciendo un circuito eléctrico, donde el

    material de trabajo hace la función de ánodo y la herramienta, que tiene aproximadamente una geometría

    inversa a la deseada, funciona como cátodo.

    El electrolito común es una solución salina a base de agua (cloruro de sodio y nitrato de sodio en

    soluciones al 10 y 30%).

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    ANTONIO VENTURA-JUAN J. SANABRIA 11

    El voltaje que usualmente está en el intervalo de 5 a 20V., mantiene altas densidades de corriente, de

    0,5 a 2 A/mm2, lo cual genera una tasa relativamente alta de eliminación de material, entre 0.5 y 6cm3/min.-

    1000 A., dependiendo del material de trabajo.

    1.3.8. OXICORTE.

    El oxicorte o corte con soplete, puede caracterizarse como proceso: reductor de masa, estado sólido del

    material de trabajo y proceso básico primario de tipo químico (combustión, ver figura 1.6f)

    En este proceso, el material (un metal ferroso) se calienta a una temperatura a la que pueda empezar la

    combustión en presencia de oxígeno. Teóricamente, el calor liberado en la combustión, debiera ser

    suficiente para mantener la reacción una vez iniciada, pero debido a pérdidas de calor del material hacia la

    atmósfera, es necesario suministrar constantemente una cierta cantidad de calor.

    El soplete está diseñado de tal manera que proporcione el calor tanto para iniciar la reacción como

     para mantenerla. El más usado de los sopletes es el oxiacetilénico en el cual se crea el calor por la

    combustión de oxígeno y acetileno. El oxígeno para el corte (combustión del metal) es usualmente

    suministrado a través de otra boquilla colocada en el extremo del soplete.

    El proceso de oxicorte sólo se puede utilizar para materiales de fácil combustión como son los metalesferrosos. Para otros materiales se han desarrollado otros procesos de corte (corte por arco, corte con soplete

    de plasma, etc.) basados en el proceso térmico básico de fusión. Esta es la razón por la que el corte aparece

    en la tabla tanto como proceso térmico como químico.

    1.4. EL SISTEMA DE FLUJO DE ENERGÍA.El sistema de flujo de energía puede dividirse en dos subsistemas: el sistema herramienta-troquel y el

    sistema constituido por el equipo.

    1.4.1. FLUJO DE ENERGÍA PARA LOS PROCESOS BÁSICOS DE TIPO MECÁNICO.

    Los procesos básicos primarios de tipo mecánico son: deformación plástica y elástica, fractura dúctil ofrágil y flujo, tabla 1.2. La energía para efectuar un proceso básico mecánico fig. l.7, puede ser

     proporcionada mediante:

    a) Movimientos relativos entre un medio transmisor y el material de trabajo.

     b) Diferencias de presión a través del material de trabajo.

    c)  Fuerzas de masa generadas en el material de trabajo.

    Si la energía se suministra mediante movimientos activos, el estado del medio transmisor puede ser

    rígido, granular o fluido según sea el proceso real. Cuando se usan diferencias de presión para suministrar

    energía, el estado del medio transmisor puede ser plástico, elástico, granular o gaseoso (inluso vacío).

    La energía mecánica necesaria se puede generar:

     Como fuerzas de masa directamente en el material de trabajo.

     Como movimientos relativos y diferencias de presión fuera del material de trabajo (indirectamente) y que

    se transmiten a través de un medio adecuado.

    Además la energía puede transmitiese ya sea a todo el material de trabajo (suministro total de energía) o

    a porciones de él en diferentes momentos (suministro de energía parcial o local). En este último caso, la

    fuente de energía deberá tener movimiento relativo respecto al material.

    Fuentes de energía mecánica. Las fuentes disponibles de energía mecánica son:

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     12 1. MORFOLOGIA DE LOS PROCESOS

    - Traslación

    - Energía cinética - Rotación

    - Combinaciones

    - Energía potencial - Gravitacional

    - Elástica

    - Presión en un medio - Vacío

    (energía cinética de las moléculas)

    Estas fuentes de energía se usan para crear diferencias de presión, movimientos relativos o fuerzas de

    masa a través del sistema herramienta-troquel. Los medios de transferencia se deben seleccionar de tal

    manera que cumplan con las especificaciones.

    Fuentes de energía eléctrica. 

    La energía eléctrica puede ser utilizada directa o indirectamente para crear energía mecánica

    aprovechable, como movimientos relativos, diferencias de presión o fuerzas de masa.

    Las fuentes disponibles de energía eléctrica son:

     Descarga entre dos electrodos  Efecto magnetostrictivo

     Campos electromagnéticos  Efecto piezo-eléctrico

    Fig. 1.7 Procesos básicos mecánicos: (a) establecidos por movimientos relativos;

    (b) por diferencias de presión; (c) por fuerzas de masa

      Descarga entre dos electrodos. Una descarga de energía eléctrica (proveniente de una batería de

    condensadores) entre dos electrodos sumergidos en un fluido (generalmente agua) creará una onda dechoque (debido a la evaporación repentina de fluido en la zona de descarga), que se puede aplicar al material

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    ANTONIO VENTURA-JUAN J. SANABRIA 13

    de trabajo directamente mediante diferencias de presión o indirectamente (en forma de energía cinética) a

    través de un medio adecuado (ver figura 1.8).

    Fig. 1.8 Descarga de energía eléctrica: (a) utilización directa (diferencias de

     presión); (b) utilización indirecta (movimientos relativos)

    Campos electromagnéticos. La descarga de energía eléctrica a través de una bobina puede crearsuficientes campos magnéticos transitorios que se pueden aprovechar directa o indirectamente. En lautilización directa de los campos electromagnéticos, el material de trabajo se coloca dentro o fuera de una

     bobina para inducir en él un campo magnético que atrae o repele al campo de la bobina. Estas fuerzas

     pueden ser suficientes para crear un flujo plástico en los materiales metálicos (ver figura 1.9a). En la

    utilización indirecta de los campos magnéticos, los campos se usan para crear rotaciones o traslaciones en

    un material sólido que tenga la forma de núcleo de hierro. Esto produce energía mecánica que puede ser

    aprovechada en el proceso mediante una transmisión, por ejemplo (ver figura 1.9b y e). La fuente de

    energía más común es el motor eléctrico. Como se muestra en la figura, al especificar el sistema de energía

     primero se determinan los requerimientos del proceso básico y posteriormente se especifican los principios

    que satisfagan estos requerimientos.

    Efecto magnetostrictivo. Algunos materiales, en particular los ferromagnéticos, cambian susdimensiones cuando son sometidos a un campo magnético. El níquel se contrae, mientras que las aleaciones

    de hierro y aluminio se expanden. Si estos materiales son sometidos a un campo que fluctúe a una

    frecuencia alta, se obtiene un oscilador (de 20 kHz) que puede ser usado en maquinado ultrasónico. La

    amplitud se puede variar dándole una forma apropiada al material sólido conectado al oscilador. Fig. 1.10.

    Efecto piezoeléctrico.  El efecto piezoeléctrico lo presentan algunos materiales cristalinos en los que hayuna interacción reversible entre deformación elástica y campo eléctrico. Esto significa que cuando uno de

    esos materiales se deforma por la aplicación de un esfuerzo, queda polarizado dieléctricamente (es decir,

    surge cierta diferencia de potencial). Por el contrario, cuando el cristal es sometido a una diferencia de

     potencial, cambia sus dimensiones de acuerdo con la deformación elástica. Este principio se aplica entransductores de presión o fuerza.

    Fuentes de energía química. 

    La energía química se puede convertir en mecánica de diferentes maneras, dependiendo de la fuente de

    energía (explosivos, gases combustibles, etc.), dando como resultado un incremento de presión en el medio.

    La alta presión resultante puede ser utilizada directamente en forma de diferencias de presión a través de¡

    material de trabajo, o indirectamente introduciendo movimientos relativos entre el medio de transferencia y

    el material de trabajo.

    En la figura 1.11, se muestra esquemáticamente un proceso de combustión en el que se utiliza gasolina,

    aceite u otros materiales y la detonación de un explosivo. Estos principios se pueden emplear de muchas

  • 8/17/2019 II-01 Morfologia de Los Procesos

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     14 1. MORFOLOGIA DE LOS PROCESOS

    maneras diferentes. La combustión puede usarse en máquinas de forja y conformación; la detonación puede

    usarse en conformación con explosivos, soldadura por explosión y compactación, entre otros procesos.

    Fig. 1.9 Utilización indirecta de la energía eléctrica a través de campos magnéticos:

    (a)  directamente; (b) indirectamente; (c) se muestran los pasos típicos para diseñar un

    (b) sistema de energía basado en el aprovechamiento indirecto de la energía eléctrica o magnética

    Fig. 1.10 Aplicación de la magnetostricción Fig. 1.11 Aplicación de energía química en

    en el maquinado ultrasónico  (a) combustión y (b) detonación

    Fuentes de energía térmica.

    La energía térmica o calor se puede convertir en energía mecánica utilizando la expansión térmica de

    los materiales para proporcionar movimientos relativos o para generar presiones en el medio, fig. l.12

    (ejemplo: la expansión del poliestireno).

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    ANTONIO VENTURA-JUAN J. SANABRIA 15

    Las descripciones anteriores del flujo de energía para los procesos básicos mecánicos se resumen en el

    diagrama morfológico mostrado en la tabla 1.4. Este diagrama se usa para generar posibles sistemas de flujo

    o suministro de energía. 

    Fig. 1.12 Energía térmica (recipiente calorífico) utilizada en procesos básicos

    mecánicos (en 1 y 2 directamente y en 3 indirectamente)

    1.4.2 FLUJO DE ENERGÍA PARA LOS PROCESOS BÁSICOS DE TIPO TÉRMICO.Solamente se va a estudiar los procesos básicos primarios de tipo térmico (tabla 1.2) que requieren

    calor (fusión, evaporación).

    Transferencia de calor: El calor puede ser transferido por conducción (térmica), radiación, convección ytransporte de masa.

    Energía Mecánica Eléctrica Química Térmica

    Principios

    (generación de energía

    mecánica)

    -Energía cinética

    -Energía potencial

    -Presión en un medio

    -Descarga

    -Campos electromagnéticos

    -Magnetrostricción

    -Efectos piezoeléctricos

    -Combustión

    -Explosión

    (detonación)

    -Otras

    -Expansión

    térmica

    Medios de transferencia

    (estado)

    -Rígidos-Plásticos

    -Elásticos

    -Granulares

    -Gaseosos

    -Líquidos

    -Vacío

    -No especificados

    Transmisión

    (principios de aplicación

    en procesos básicos

    mecánicos)

    -Movimientos relativos (activos)

    -Diferencias de presión

    -Fuerzas de masa

    Tabla 1.4 Diagrama morfológico de los sistemas de flujo (suministro) de energía en los procesos básicos primarios de tipo mecánico

    Fuentes de calor: Podemos clasificarlas en:

     Fuentes de calor basadas en la energía eléctrica  Fuentes de calor basadas en la energía mecánica

    Fuentes de calor basadas en la energía química  Fuentes de calor basadas en la energía térmica

    Fuentes de calor basadas en la energía eléctrica.

    Los principios que pueden ser usados para generar calor a partir de la energía eléctrica son:

     Conducción eléctrica (resistencia)  Producción de chispas

     Inducción  Haces de electrones

     Pérdida dieléctrica  Láser Formación de arcos (descarga entre electrodos)

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     16 1. MORFOLOGIA DE LOS PROCESOS

    La conversión de energía eléctrica en calor basada en la conducción, puede ser aplicada tanto al proceso de manufactura como a la maquinaria del proceso.

    El calentamiento por inducción  puede establecerse de dos maneras diferentes, que corresponden al principio de corrientes parásitas y al principio del transformador. En el principio de las corrientes

    parásitas, el material de trabajo conductor se coloca en el campo de una bobina de inducción por la que pasa una corriente alterna de alta frecuencia (de 5 kHz a 5 MHz). El calor se genera directamente en el

    objeto mediante las corrientes parásitas inducidas en él. En el principio del transformador el material detrabajo actúa como bobina secundaria, lo cual significa que se le induce una corriente de gran amperaje y

     bajo voltaje; esto forma un suministro directo de calor. Si la bobina secundaria constituye el elemento

    calefactor, tendremos generación de calor por conducción.

    En todos estos casos el calentamiento se debe básicamente a la resistencia eléctrica del material. Sin

    embargo, en los materiales ferromagnéticos el calor también se genera por la acción de los campos

    magnéticos que se forman:

    El calentamiento por pérdida dieléctrica se refiere al calentamiento de materiales no metálicos, talescomo madera y plásticos, colocándolos en el campo eléctrico de un capacitor al que se le aplica un voltaje

    de alta frecuencia. El calor se genera directamente en el objeto debido a las pérdidas dieléctricas que se

     presentan al colocar el material entre las placas del capacitor, y sujeto por tanto a un campo eléctrico

    alterno. Contrariamente al calentamiento por inducción, el dieléctrico se distribuye uniformemente por todo

    el material. El incremento de calor generado es proporcional al incremento de la frecuencia, Si el material

    de trabajo es conductor, por ejemplo un elemento calefactor, el calentamiento dieléctrico sólo puede ser

    usado indirectamente.

    La cantidad de calor generada por descarga eléctrica entre dos materiales conductores depende de lascondiciones en las que se efectúe la descarga. Durante la descarga se establece un canal ionizado cuya

    sección transversal depende del tiempo de descarga. Si el tiempo de descarga es mayor de 100 s, el áreatotal existente entre los dos materiales se ioniza generándose un arco continuo. Si el tiempo de descarga es

    más corto, se establece un canal ionizado angosto generándose un chisporroteo.

    El arco crea calor en tres lugares diferentes: en la superficie de los dos electrodos y en la columna delarco. El calor se transfiere al material desde el arco por conducción, radiación y/o por convección,

    dependiendo del principio utilizado (véase Fig. l. 13).

    Si el medio en el que se forma el arco es aire, la temperatura en el arco puede ser aproximadamente de

    6000 ºC. Las superficies de los electrodos tendrán temperaturas entre 1500 y 3000 ºC, dependiendo de las

    dimensiones y del material. Tanto el arco como la chispa requieren un medio de descarga fluido y gaseoso.

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    ANTONIO VENTURA-JUAN J. SANABRIA 17

    Fig. 1.13 Calentamiento por arcos: (a) suministro local/parcial de calor; (b) suministro total de calor

    Fig. 1.14 Calentamiento por chispas utilizado en el mecanizado pordescargas eléctricas o mecanizado por electroerosión (EDM)

    En el chisporroteo (Fig. 1.14) las áreas locales de descarga son muy pequeñas y alcanzan temperaturasdel orden de 25.000 ºC. Si el tiempo de descarga -t1- es pequeño, el ánodo alcanzará la temperatura más

    alta; y si -t1- es grande, será el cátodo el que alcanzará la máxima temperatura. Durante la interrupción de

    las chispas puede ocurrir un enfriamiento, así que tanto el ánodo como el cátodo pueden conservarse a una

    temperatura media baja. Este principio se utiliza en el maquinado por electrodescargas (EDM, el cual es un

     proceso común. Se debe mencionar que dos chispas consecutivas normalmente se presentan en posiciones

    diferentes de los electrodos (donde sea mínima la distancia disruptiva y por tanto, la resistencia) lo cual

    ocasiona una apariencia superficial típica de pequeños y numerosos cráteres.

    En el mecanizado por haz electrónico se crea un haz de electrones en un triodo, el cual consta de uncátodo de tungsteno, una rejilla negativa y un ánodo. La rejilla y el ánodo tiene formas que permiten a los

    electrones emitidos desde el cátodo ser transferidos directamente al material de trabajo colocado en una

    cámara de vacío. La densidad de energía (unos 107 W/mm2) en el haz electrónico, el cual puede ser

    enfocado con lentes magnéticas, es suficientemente elevada para fundir y vaporizar el material de trabajo.

    Calor generado por: Ilustración Requerimiento del material

    Conducción eléctrica Corriente eléctrica Conductor eléctrico

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    ANTONIO VENTURA-JUAN J. SANABRIA 19

    Total (2)

    Fluido (3)

    Gaseoso (4)

    Convección (3)

    Transporte de masa (4)

    Fluido (3)

    Gaseoso (4)

    Vacío (5)

    Tabla 1.7 Relaciones morfológicas para el calor generado por combustión

    Estado del medio paraalmacenar calor

    Mecanismo de transferencia Estado del medio detransferencia

    Rígido (sólido)

    Granular

    Fluido

    Gaseoso

    Conducción

    Radiación

    Convección

    Transporte de masa

    Combinaciones

    Rígido (Sólido)

    Granular

    Fluido

    Gaseoso

    Vacío

    Tabla 1.8 Relaciones morfológicas que muestran los principios posibles

    de transferencia cuando se tiene que almacenar calor

    Fuentes de calor basadas en la energía mecánica.

    En este caso el calor puede ser generado mediante rozamiento o pérdidas internas por histéresis. Lageneración de calor por rozamiento se utiliza en la soldadura por rozamiento y la generación de calor por

     pérdidas internas se utiliza en la soldadura ultrasónica (normalmente incluye calentamiento por rozamiento). 

    Fuentes de calor basadas en la energía térmica.

    Si hay un recipiente de calor disponible se puede utilizar de varias maneras, como se indica en la tabla

    1.8. El calor se puede proporcionar localmente o a todo el material de trabajo.

    El diagrama morfológico de la tabla 1.9 señala todas las maneras posibles de generar energía térmica

     para los procesos básicos de tipo térmico. Algunas combinaciones de la tabla 1.9 no son válidas, pero el

    diagrama presenta un enfoque sistemático que apoya los esfuerzos por encontrar todas las posibilidades

    relevantes.

    1.4.3. FLUJO DE ENERGÍA PARA LOS PROCESOS BÁSICOS DE TIPO QUÍMICO.

    Los procesos básicos químicos (solución/disolución, deposición, difusión, transformación de fase, etc.,)

    descritos en la tabla 1.2, no se van a tratar aquí de manera amplia, porque requieren un estudio profundo de

    las condiciones energéticas de las reacciones químicas. Por tanto, en esta sección solo se presentan los

     principios generales.

    La disolución química de metales se utiliza, por ejemplo, en el pulido y en el ataque químico. El

     proceso de ataque químico (grabado químico) está atrayendo cada vez más la atención y ha encontrado

    muchas aplicaciones nuevas en los últimos años.

    La disolución electrolítica de materiales conductores se utiliza en maquinado electroquímico, que es

     básicamente lo contrario de la galvanoplastia o electrodeposición. Los procesos de recubrimiento metálicotanto químicos como electroquímicos, se usan ampliamente para proteger superficies.

    Las reacciones químicas que ocurren en el endurecimiento de plásticos son exotérmicas, lo cual

    significa que se requiere enfriamiento en muchos casos. En general se puede establecer que los procesos

     básicos de tipo químico no requieren energía externa, ni eléctrica ni térmica.

    Energía Eléctrica Química Mecánica Térmica (depósito)

    Principios para la

    generación de

    energía térmica

    -Conducción

    -Inducción

    -Calentamiento dieléctrico

    -Arcos

    -Chispas-Haz de electrones

    -Rayos láser

    -Combustión

    -Disociación/asociación

    -Reaciones exotérmicas

    -Rozamiento

    -Pérdidas internas

    (calor en medio

    sólido, fluido,

    granular o gaseoso)

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     20 1. MORFOLOGIA DE LOS PROCESOS

    Estado de los medios

    de transferencia

    -Rígido (sólido)

    -Granular

    -Fluido

    -Gaseoso

    -Vacio

    Transmisión

    (principios de

    utilización en

    los procesos

     básicos de

    tipo térmico)

    -Indirecta

    Conducción calorífica

    -Radiación de calor

    -Convección

    -Transporte de masa

    -Directa

    Calor generado en el material de trabajo

    Tabla 1.9. Relaciones morfológicas que muestran las posibilidades de generar calor para los procesos básicos de tipo térmico

    1.4.4. MEDIOS DE TRANSFERENCIA.

    La determinación del proceso básico y del flujo de la información (estructura de la generacióngeométrica) permite evaluar tanto los requerimientos totales de energía como la energía que se distribuirá en

    los distintos elementos geométricos individuales.

    Dependiendo del proceso real, la transmisión de energía externa y la generación geométrica se puedenintegrar (como en la forja) o separar (como en la conformación hidráulica y la fundición).

    1.5. SISTEMA DE FLUJO DE INFORMACIÓN.El término flujo de información cubre, como se indicó antes, la impresión de la información de forma

    en el material de trabajo. Los principios en los que se basa la impresión de información se pueden analizar

    en relación con el tipo de proceso (flujo de material), con el estado del material y con el proceso básico.

    La creación de la geometría deseada se efectúa para un proceso básico dado mediante la interacción

    entre el medio de transferencia, junto con el contorno de la geometría deseada y el patrón de movimientos

     para el material de trabajo y para el medio de transferencia.

    La figura 1.15d muestra los principios básicos en la creación de superficie. Aquí el medio O2 es usadocomo referencia pero se deberá entender como la suma de los contenidos de contorno de O1 y O2.

    (a)

    Medio detransferencia

    Transmisión de energía(proceso básico)

    Creación de forma(superficie)

    Extensión de los mediosen comparación con la

    pieza de trabajoo1 x (x) Total/parcial

    o2 (x) x Total/parcial

    (b)

    (c)

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    ANTONIO VENTURA-JUAN J. SANABRIA 21

    (d)

    Fig. 1.15. Impresión de información de forma: (a) y (b) caracteriza la función y tamaño de los elementos(c) la extensión de la transmisión de energía (procesos básicos + contenidos de contorno evt) en

    comparación con la pieza de trabajo puede necesitar dos, uno o ningún movimientos exploratorios.

    (d) principios de creación de superficie derivados del contenido de contorno del medio inferior de transferencia

    y de la geometría deseada

    Las cuatro posibilidades que surgen son:

    - Conformación libre (CL) , cuando el medio de transferencia no contiene la geometría deseada, es decir, lasuperficie o geometría se crea mediante campos de esfuerzos.

    - Conformación bidimensional (CB) cuando el medio de transferencia contiene un punto o un elemento

    superficial de la geometría deseada, lo cual significa que se necesitan dos movimientos relativos para producir la superficie.

    - Conformación unidimensional (CU) cuando el medio de transferencia contiene un generador (una línea oun área superficial) de la geometría deseada, lo cual significa que se necesita sólo un movimiento relativo

     para producir la superficie.

    - Conformación tridimensional o total (CT) cuando el medio de transferencia contiene (en uno o máselementos) la superficie completa de la geometría deseada, lo cual significa que no es necesario ningún

    movimiento relativo.

    Estos cuatro principios fundamentales de creación de superficie pueden ser establecidos mediante un

    mecanismo de creación geométrico parcial o total (Fig. l.l5c). Por ejemplo, la forja es conformación total, el

    laminado es conformación unidimensional, el torneado es conformación bidimensional y la torsión es

    conformación libre.

    Distinguiremos tres grandes grupos de flujo de información:

     Flujo de información para procesos de conservación de masa (dM=0)

     Flujo de información para procesos de reducción de masa (dM0), es decir, procesos de ensamble y unión.

    1.5.1. FLUJO DE INFORMACIÓN PARA PROCESOS DE CONSERVACIÓN DE MASA. (DM = 0)

    Material sólido.

    En este caso los procesos son deformaciones elástica y plástica, y la conformación se imprime en el

    material de trabajo, teniendo los medios de transferencia los contenidos de contorno y patrones de

    movimiento.

    Para decidir si un proceso en particular puede aplicarse a cierto material deben de considerarse los

    esfuerzos en el material, las deformaciones, las velocidades de deformación y la temperatura; esto también

     permite determinar las necesidades de energía y fuerza. Fig. 1.16.

    Material granular. 

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     22 1. MORFOLOGIA DE LOS PROCESOS

    A los materiales granulares se les da forma mediante un proceso de flujo seguido de estabilización. El

    termino flujo también incluye llenado y colocación. dependiendo del material en polvo; la estabilización se

     puede efectuar como una deformación plástica y/o como un proceso de endurecimiento.

    La figura 1.17 muestra la serie de procesos básicos que requieren la impresión de información cuando

    se conforman materiales granulares (correspondiente a la fase 2 de la figura 1.3). La producción de moldes

    de arena verde para fundición incluye llenado y deformación (compactación). En la producción de moldesde arena seca, la forma se termina de estabilizar mediante endurecimiento (horneado); éste es el caso

    también en la producción de machos. La creación de superficies generalmente es total, con un suministro

    total o parcial de energía estabilizadora.

    La compactación (estabilización mediante deformación) de polvos metálicos puede ser isostática o

    axial. Cuando se usa compactación isostática  solamente se pueden producir geometrías burdas quenormalmente requieren operaciones de acabado. En la compactación axial  de polvos metálicos, lasgeometrías con diferentes niveles de altura generalmente requieren varios empujadores que complican el

     patrón total de movimientos.

    (a)

    (b)

    (c)

    (d)

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    ANTONIO VENTURA-JUAN J. SANABRIA 23

    Fig. 1.16 Ejemplos de impresión de forma sobre materiales sólidos mediante procesos de conservación de masa:

    (a) conformación total CT; (b) conformación unidimensional CU;

    (c) conformación bidimensional CB; (d) conformación libre CL.

    Fig. 1.17 Serie de procesos básicos (fase 2, Fig. 1.3) que intervienen al moldear materiales granulares

    Fig. 1.18 Serie de procesos básicos (fases 2 y 3, Fig. 1.3) que intervienen al moldear materiales líquidos

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     24 1. MORFOLOGIA DE LOS PROCESOS

    Fig. 1.19 Ejemplos de impresión de forma sobre materiales líquidos:

    (a) procesos donde la formación y la estabilización están separadas

    (b) procesos donde la formación y la estabilización están integradas

    (CT, conformación total; CU, conformación unidimensional)

    Materiales líquidos.

    En la figura 1.18 se muestra una serie de procesos básicos para materiales líquidos que corresponden a

    las fases 2 y 3 de la figura 1.3. La impresión de información se puede efectuar simplemente por flujo,

    seguido de una estabilización por separado (figura 1.19b). Considerando al flujo exclusivamente como

    impresor de forma, éste puede efectuarse en moldes abiertos o cerrados. Dependiendo de los requerimientos

    del producto, el molde puede ser permanente y temporal (utilizado una sola vez ). En un molde cerrado, la

    superficie completa de la geometría deseada esta contenida en la geometría del molde. En un molde abierto,

    la información de forma está impresa conjuntamente por la geometría del molde abierto y por un campo

    (gravedad, aceleración , esfuerzo tangencial, véase la Fig. 1.19a). En otras palabras, el flujo y la

    estabilización no están integrados.

    1.5.2. FLUJO DE INFORMACIÓN PARA PROCESOS DE REDUCCIÓN DE MASA. (DM < 0)

    Los procesos de reducción de masa se relacionan únicamente con materiales sólidos y en ellos la

    impresión de información se basa en procesos básicos de tipo mecánico, térmico o químico. Estos procesos

     básicos pueden ser aplicados mediante cuatro métodos o sistemas fundamentales de eliminación de

    materiales (remoción) (Fig. 1.20)

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    ANTONIO VENTURA-JUAN J. SANABRIA 25

    Fig. 1.20 Los métodos fundamentales de eliminación en los procesos de reducción de masa

     Método fundamental de eliminación I (procesos de corte).  

    Este método incluye todos los procesos de corte convencionales (Fig. 1.20). El proceso básico primarioes la fractura, la cual es creada por movimientos relacionados entre el material de trabajo y un medio rígido

    de transferencia (la herramienta). Los movimientos pueden ser clasificados como de corte, avance y

    aproximación.

    Los movimientos que crean la superficie deseada son los de corte y avance.

    Los medios de transferencia o herramientas, según del número de filos, pueden ser divididos en:

     Herramientas de una sola punta (torneado).

     Herramientas de puntas múltiples (taladrado, fresado, brochado, etc. )

    y según la definición o no de los mismos en:

     Geometría del filo bien definida (fresado, escariado, etc.).

     Geometría del filo sin definir (rectificación, etc.).

    Las muchas posibilidades existentes para crear diferentes geometrías en el material, se obtienen

    mediante el análisis de:

    - La estructura de la herramienta (incluida la disposición geométrico de los filos o bordes cortantes),

    - Herramienta de una sola punta, o

    - Herramientas de puntas múltiples

    - El patrón de movimientos de al herramienta, y

    - El patrón de movimientos del material.

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     26 1. MORFOLOGIA DE LOS PROCESOS

     Método fundamental de eliminación II.

    Los procesos básicos del método fundamental de eliminación II, son mecánicos, térmicos o químicos.

    La energía necesaria (y la impresión de información) se transmite a través de un medio granular, líquido o

    gaseoso. El suministro de energía cubre cierta área superficial que puede ser la superficie total, una línea o

    un punto. Fig. 1.21.

    Mediante el movimiento de la fuente de energía y del material se pueden describir todas lastrayectorias sobre el material, dependiendo de los parámetros del proceso, siendo un factor importante la

    geometría de la sección transversal creada por la fuente de energía. ( Fig. 1.22).

    Fig. 1.21 El método fundamental de eliminación II

    Fig. 1.22 Secciones transversales: (a) abiertas y (b) cerradas

     Método fundamental de eliminación III.

    Los procesos básicos de este método son mecánicos, térmicos o químicos y la impresión de

    información se efectúa a través de un medio rígido de transferencia (véase la Fig. 1.23). La creación de

    superficie es, por tanto, el resultado del mecanismo de eliminación originado por el material, la geometría

    del medio rígido de transferencia y el patrón de movimientos (fig. 1.23b). El medio rígido de transferencia

    (la herramienta) no está en contacto directo con el material de trabajo, debido a que se coloca entre la

    herramienta rígida y el material un medio fluido (con partículas sólidas), necesario para establecer el

     proceso básico (Fig. 1.23a). Este medio fluido normalmente sólo llena el pequeño claro entre la herramienta

    y el material de trabajo.

    Ejemplos de manufactura basados en este método fundamental (véase la Fig. 1.20) son el maquinado

    ultrasónico, el maquinado por electroerosión y el maquinado electroquímico.

     Método fundamental de eliminación IV.

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    ANTONIO VENTURA-JUAN J. SANABRIA 27

    El proceso básico de este método fundamental de eliminación, es mecánico (fractura) y el medio de

    transferencia es rígido. Se pueden obtener diferentes procesos variando la geometría del medio de

    transferencia (herramientas, troqueles, etc..) y el patrón de movimiento (Fig. 1.24). Estos procesos incluyen

    troquelado, punzonado y cizallado.

    (a)

    (b)

    Fig. 1.23 El método fundamental de eliminación III

    (a) principio del método III;

    (b) ejemplos de patrón de movimientos para el método III

    Fig. 1.24 El método fundamental de eliminación IV (a) cizallado; (b) troquelado

    1.5.3. IMPRESIÓN DE INFORMACIÓN PARA PROCESOS DE ENSAMBLE Y UNIÓN.

    Los procesos de ensamble y unión no imprimen información por sí mismos. La geometría se obtiene

     juntando e inmovilizando los componentes producidos por los métodos anteriores. El proceso de ensamble

    se puede basar en enlace atómico, adhesión o sujeción mecánica (con o sin elementos de sujeción por

    separado).

    El patrón de movimientos (para el material de trabajo y/o para el mecanismo de ensamble) carecerá de

    movimientos relativos o tendrá uno o dos, dependiendo de la disposición del ensamble y del mecanismo de

    ensamble y del mecanismo de ensamble elegido.

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     28 1. MORFOLOGIA DE LOS PROCESOS

    1.6. CLASIFICACION DE LOS PROCESOS.La figura 1.25 muestra esquemáticamente una estructura de clasificación de procesos:

    - Flujo de material

    - Tipo de material

    - Estado del material- Tipo de proceso

    - Proceso básico

    - Flujo de energía

    - Tipo de energía

    - Medio de transferencia

    - Flujo de información

    - Principio de creación de superficie

    - Patrón de movimiento.

    A continuación se señalan brevemente los elementos de la estructura de clasificación.

    Tipo de mater ial : Los materiales se dividen en metálicos, no metálicos y compuestos (ver capitulo 2).

    Estado del material : Describe la situación en la fase de conformación. Puede ser sólido, granular o líquido.

    Ti po de proceso : Según que la pieza resultante tenga respecto de la pieza inicial la misma masa, dM = 0,

    (conservación de masa), menor masa, dM < 0 (reducción de masa) o aumento de masa, dM > 0, (procesos de

    unión).

     P rocesos básicos : Procesos mecánico, térmico y químico.

    Tipo de energía : Los principales tipos son mecánico, eléctrico, térmico y químico.

    Medio de transferencia : Clasificados según su estado en rígidos, elásticos, plásticos, granulares, gaseosos,

    líquidos y otros no especificados.

    Creación de la superf icie y del patrón de movimiento : Una vez definida la formación de la superficie como

    resultado de conformación total (CT), conformación unidimensional (CU), conformación bidimensional(CB) o conformación libre (CL), se puede seleccionar el patrón de movimientos para el material de trabajo y

    el medio de transferencia.

  • 8/17/2019 II-01 Morfologia de Los Procesos

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    ANTONIO VENTURA-JUAN J. SANABRIA 29

    Fig. 1.25 Clasificación de los procesos de fabricación

    Resumen. 

    Como se ha visto y basándose en el modelo general de los procesos industriales de manufactura (Fig.

    1.2), se han estudiado los sistemas característicos de flujo de material, de energía e información y se han

    descrito sus posibilidades de realización y estructuras.

    Este enfoque ofrece una comprensión sistemática y coherente del campo del procesamiento de

    materiales, con base en conocimientos técnicos generales sobre materiales, física, química, energía eléctrica,

    conversión de energía y otros temas, lo que permite diseñar aplicaciones genéricas e imaginativas. Dicho

    enfoque es aplicable a una amplia variedad de procesos.

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