capitulo 5 del libro PROCESOS DE MANUFACTURA-SCHEY-3ED

1. MATERIALES EN EL DISEÑO
Y LA MANUFACTURA

2. DISEÑO
Aquí el énfasis se hace sobre los proce­sos unitarios, un término
aplicado frecuentemente a la producción de piezas, las cuales luego
se ensamblarán para formar un producto funcional. Aunque se
reconoce que el diseño es un proceso iterativo, en la ingeniería
concurrente cada paso se refleja en los tres campos:
•Diseño del producto
•Diseño del equipo
•Selección del material

3. LISTA DE ACCIONES
1. Determinar las funciones que la pieza tendrá que satisfacer, con la
debida consi­deración de las condiciones de operación, de los
aspectos de seguridad.
2. Determinar la configuración que cumplirá con las funciones
requeridas y asig­nar dimensiones.
3. Analizar el diseño para cargas y esfuerzos, modos posibles de falla y
aspectos de confiabilidad.
4. Elegir un material que satisfaga todos los criterios de servicio.
5. Optimizar la elección del material considerando materiales
alternativos.
6. Asignar las tolerancias más amplias posibles y el acabado
superficial más rugo­so permisible para la función dada.
7.Elegir un proceso o secuencia de procesos apropiada, con la
debida considera­ción del costo de procesamiento y de ensamble, así
como del número de piezas que se van a producir.

4. LISTA DE ACCIONES
8. Optimizar el diseño afinando interactivamente los pasos del 2 al 7.
Considere las implicaciones en el costo total; aunque un material
puede cumplir la función que se requiere, también puede
presentar sustanciales dificultades de manufactura.
9. La producción industrial ha generado y continúa generando
cantidades enormes de materiales de desperdicio. Su eliminación es
cada vez más difícil y también existe un deseo genuino de ahorrar los
limitados recursos de la Tierra.

5. TIPOS PRINCEPALES DE
MATERIALES EN INGENIERIA
La manufactura, está involucrada con piezas y ensambles hechos de
materiales capaces de soportar cargas o cumplir con otras funciones
técnicas (conducir electricidad, aislar, etcétera), como se analizó en el
capítulo 4.
La materia prima con frecuencia se puede obtener a través de una
varie­dad de rutas alternas, algunas de ellas mucho más cortas que
otras. Con mucha frecuencia la economía es un asunto de escala; así,
se puede comprar acero en lámina a un precio menor que en polvo, en
parte debido a las vastas cantidades que se producen en forma de
lámina.

6. METALES
Los metales aún son los materiales de ingeniería que más se utilizan
en general, y el crecimiento de su producción (especialmente el del
acero) con frecuencia se ha tomado corno un indicador del desarrollo
industrial. Se usan varias técnicas para enriquecerlos y hacerlos más
adecuados para procesa­mientos posteriores.
1.En lapirometalurgia las menas se reducen con carbono (coque,
aceite o gas) en hornos (fundición).
2.La reducción directa (sin fusión) de algunas menas produce un polvo
de alta pureza.
3.La hidrometalurgia involucra la disolución (lixiviación) de la mena en
un ácido.
4.La electrólisis de una fusión de temperatura elevada también
produce metal relativamente puro pero en forma líquida, como en la
electrólisis de la alúmina (obteni­da de la bauxita) para producir
aluminio.

7. El cobre ha sido un metal clave por milenios, pero otros materiales
competitivos han incursionado en muchas aplicaciones tradicionales.
Así, el aluminio ha remplazado al cobre en las líneas de alta potencia y
en muchos cambiadores de calor; las fibras ópticas lo han sustituido
para la transmisión de señales.
No obstante, su uso está creciendo, incluso
en automóviles, debi­do al incremento de
servomotores instalados. Un 60% del
consumo total proviene de la chatarra
reciclada, con un ahorro considerable
de energía.

8. CERÁMICOS
Los cerámicos son materiales inorgánicos. Los más frecuentes son los
óxidos metáli­cos, los boruros, los carburos y los nitruros. Se
caracterizan por su baja densidad y su alta resistencia a la
temperatura elevada, a las que siempre se procesan. Algunos se
basan en materias primas presentes en la naturaleza y se procesan
sobre todo en produc­tos con base de arcilla, como ladrillos, tejas y
azulejos, servicios de mesa, etcétera. Estos cerámicos tradicionales
se producen en vastas cantidades.

9. CERÁMICOS DE INGENIERÍA
los cerámicos de ingeniería, o cerámicos estructurales avanzados,
derivados de materias primas procesados o que se fabrican
especialmente. A menudo reúnen requisitos críticos tales como rigidez,
tenacidad, resistencia a tempera­tura baja o elevada, resistencia a la
abrasión y a la corrosión. Así, se usan como herramientas de corte,
componentes de motores y productos para la industria química.

10. LOS VIDRIOS forman una
clase especial de cerámicos, LAS FIBRAS DE CARBONO Y
ya que primero se funden y GRAFITO no son verdaderamente
luego se forman por medio cerámicos, pero tienen el módulo
de varias técnicas.. El vidrio elástico elevado y la resistencia a
es el único cerámico que se la temperatura (pero no a la
puede reciclar en grandes oxidación) de los cerámicos.
proporciones.

11. PLASTICOS
Los plásticos son productos en los cuales los polímeros son los
ingredientes principales. Muy frecuentemente los polímeros se basan
en un eje principal de carbono y son moléculas orgánicas de peso
molecular muy grande, derivados del petróleo, gas o carbón.
Actualmente la producción total de
plásticos ha sobrepasa­do, con base
en el volumen, a la producción
de metal , aunque gran parte se
encuentra en bienes de consumo
que en su mayoría son desechados
(y no reciclados con frecuencia)
después de su uso.

12. ESTRUCTURAS COMPUESTAS
COMPUESTOS POR CONVENCIÓN, este término se aplica a las
CONVENCIÓN
estructuras en las cuales uno de los componentes (comúnmente fibras
o partículas) está rodeado por una matriz continua del otro
componente. La matriz puede ser polímero, metal, cerámico o
carbono.
TRATAMIENTOS SUPERFICIALES Su objetivo es impartir
propiedades especiales a la su­perficie (o a la región cercana a ella)
de una pieza. Algunos son aplicaciones de técnicas tradicionales, por
ejemplo el endurecimiento superficial por medio de un tratamiento
térmico.
DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES Son estructuras compuestas
demasiado complejas, en las cuales semiconductores especiales se
combinan con metales, cerámi­cos y plásticos en dispositivos capaces
de realizar una gran variedad de funciones, tales como conducción,
aislamiento y almacenamiento eléctrico, y emisión y recepción de luz.

13. UNIONES
Las uniones no permanentes hacen el desensamble fácil. Todos
estamos familiari­zados con las uniones a presión, especialmente para
las partes plásticas, y con juntas atornilladas para las partes hechas de
cualquier material. La durabilidad de esas unio­nes es en gran parte
una función del diseño y de los procesos de manufactura.
Las uniones permanentes se diseñan para permitir que el ensamble se
comporte como una sola parte. Están hechas por medio de técnicas
derivadas de otros procesos de manufactura, como la solidificación de
aleaciones o la polimerización de polímeros.

14. ASPECTOS AMBIENTALES
En las últimas décadas ha habido un incremento en la conciencia
sobre las consecuencias dañinas, y esto ha conducido a nuevos
enfoques tanto en el diseño como en la manufactura, lo cual
se ha denominado colectivamente como ingeniería verde.

15. IMPACTO EN EL DISEÑO
Las iniciativas para un diseño ambientalmente responsable se han
desplomado con fre­cuencia por una visión demasiado estrecha, y
limitada a la consideración del consumo de energía. Actualmente se
reconoce que el impacto de un producto debe evaluarse de principio a
fin.
El resultado es demasiado sensible a las supo­siciones sobre los
procesos y métodos de manufactura, y al método y la eficiencia en el
control de la contaminación; incluso puede depender de la localización
geográfica. En un lugar con un bajo costo de la gasolina, el gasto
inicial (materia prima y costo de manufactura) pesará mucho más que
el de operación, aunque el costo de la contamina­ción permanece
igual.

16. IMPACTO EN LA
MANUFACTURA
No se puede negar que la manufactura es un usuario principal de los
recursos y un contribuyente importante a la contaminación. No hace
mucho tiempo los hornos indus­triales arrojaban humo espeso,
cargado con compuestos tóxicos; los subproductos lí­quidos se
descargaban en los ríos; los sólidos se depositaban en el terreno y se
abando­naban.
Al igual que las normas ISO 9000, tienen como objetivo promover un
mejoramiento continuo. También son disposiciones de acata­miento
voluntario, aunque se puede esperar que las presiones competitivas
aseguren el cumplimiento mundial. La culminación de todos estos
esfuerzos es lo que con frecuen­cia se llama manufactura verde.

17. RECICLAJE
Los materiales siempre han sido reciclados, simplemente por
economía. Sin embargo, existen presiones adicionales. Los sitios de
relleno son difíciles de encontrar, y el costo de desecho se incrementa.
Algunos productos y muchos derivados de la manufactura se clasifican
como materiales peligrosos que requieren un tratamiento o una
contención especial y costosa.

18. METALES
1. La chatarra nueva (en proceso,
doméstica, del lugar) se genera en el
proceso de manufactura mismo.
2. La chatarra segregada consiste en
devoluciones de procesamientos
posteriores.
3. La chatarra mezclada consiste en
devoluciones de plantas de
procesamiento posterior que no
mantienen las aleaciones
completamente separadas.
4. La chatarra vieja (chatarra posterior
al consumidor) es de componentes
des­echados de composición
desconocida.

19. CERAMICOS
Los cerámi­cos horneados se pueden triturar y usar en cantidad
limitada como sustituto de los ma­teriales de inicio.
El vidrio se produce a través de la etapa de fusión, de aquí que pueda
ser, y es, extensivamente reciclado. El desperdicio después de su uso
por el consumidor, princi­palmente en forma de recipientes no reto
mables, reemplaza las materias primas y pue­de ahorrar cerca del 3%
de energía por cada 10% de desperdicio en la carga.

20. PLASTICO
RECICLADO PRIMARIO El desperdicio termoplástico en el lugar se
apila y se suma a materiales nuevos (vírgenes) para su
procesamiento.
RECICLADO SECUNDARIO Incluye la separación mecánica de
acuerdo con el tipo de po­límero, seguida de la trituración, el lavado, y
el regreso a la aplicación original. Un problema es la multitud de
plásticos.
RECICLADO TERCIARIO Los plásticos producidos por
polimerización de crecimiento en etapas se pueden descomponer
térmica o químicamente, y se usan corno materia de alimentación para
la polimerización o corno combustible.
RECICLADO CUATERNARIO No es un reciclaje real: el desperdicio
se incinera para recu­perar su contenido de energía.

21. GRACIAS!!!