Deber 2 Resumen CAP 2 PDF

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UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS

INGENIERÍA MECÁNICA

DISEÑO DE ELEMENTOS DE MÁQUINAS NOMBRE: Brandon Andrade Bryan Merchan ING. Gabriel Orosco NRC: 5458 TEMA: CAPITULO 2: MATERIALES

PERIODO MAY20-SEP20

Tema: Capítulo 2: Materiales Objetivo Realizar un resumen del capítulo 2 del libro “Diseño en ingeniería mecánica” de Shigley, mediante el análisis y comprensión de los subtemas que se exponen y como estos influyen en el pre diseño de una estructura o máquina. Desarrollo Para construir una parte de máquina o elemento estructural, se debe seleccionar el material como principal decisión que tiene que tomar el diseñador, después se selecciona el proceso de fabricación basado en la geometría deseada y el material, tomando en cuenta también la funcionalidad para que se mantenga a un nivel de riesgo aceptable. Es importante analizar las propiedades del material analizando el esfuerzo y deflexión de las partes mecánicas, basados en la carga a soportar, aunque también el diseño puede estar basado en la estética y estilo de la máquina, también deben resistir altas temperaturas y otros factores ambientales que pueden producir desgastes superficiales, por lo que el diseñador tiene que tener versatilidad en la selección de materiales y procesos. Resistencia y Rigidez La carga se convierte en enfuerzo mediante la fórmula que relación la carga P con el área 1

transversal de la probeta 𝐴 = 𝜋𝑑 2 4 𝜎=

𝑃 𝐴

Mediante un ensayo de tracción se puede comprobar la resistencia y deflexión del material mediante los diagramas de esfuerzo – deformación unitaria, tanto para materiales elásticos como para materiales rígidos, lo cual se muestra en la figura 2-2

Figura 2-2 diagrama esfuerzo-deformación unitaria Fuente: Diseño en ingeniería mecánica de Shigley

Resistencia y trabajo en Frío Trabajo en frio es el proceso de deformación plástica por debajo de la temperatura de recristalización en la región plástica del diagrama esfuerzo- deformación unitaria. Cuando el material tiene un punto de fluencia mas alto, es menos dúctil como resultado de una reducción en su capacidad de deformación, esto se conoce como endurecimiento por deformación. El trabajo en frío de un material produce un nuevo conjunto de valores de resistencias, incrementando la carga estática ultima del material y las resistencias a la fatiga están correlacionadas con las resistencias locales ultimas, en consecuencia, se incrementa la resistencia a la fatiga y resistencia a la fluencia lo cual proporciona un intervalo mayor de carga elástica sustentable.

Dureza La dureza es la resistencia a soportar la penetración de una punta. Se pueden medir mediante pruebas como la dureza Rockwell, las cuales se describen en la norma ASTM E-18, también se puede realizar la prueba de dureza Brinell, en esta prueba, la herramienta de penetración con la cual se aplica la fuerza es una bola y el número de dureza HB se determina como el número que es igual a la carga aplicada dividida entre el área superficial esférica de la huella. Existen relaciones que para ciertos materiales que relacionan la dureza con la resistencia por ejemplo En el caso de los aceros, la relación entre la resistencia última mínima y el número de dureza Brinell de 200 ≤ HB ≤ 450 es Su =0.495HB kpsi o 3.41HB MPa.

Efectos de la Temperatura Por efectos de la temperatura en el material se ven afectadas la resistencia, ductilidad y fragilidad. La deformación bajo carga continua a una misma temperatura se llama termofluencia, por lo que la realización de estas pruebas es una de las más útiles para la selección de materiales. Cuando las temperaturas de operación son menores que las temperaturas de transición se origina la posibilidad de que una parte pueda fallar por fractura frágil. De las pruebas de termofluencia se puede graficar la relación de la termofluencia- tiempo que se muestra en la figura 2-10, lo cual es importante para mediante tratamientos térmicos se puedan realizar cambios sustanciales en las propiedades mecánicas del material

Figura 2-10. Curva termofluencia – Tiempo Fuente: Diseño en ingeniería mecánica de Shigley

El calentamiento por soldadura eléctrica o por gas también modifica las propiedades mecánicas del material. Sistemas de numeración Para los aceros los dos primeros números después de la letra indican la composición, excluyendo el contenido de carbono.

Tabla 1

Fuente: Diseño en ingeniería mecánica de Shigley

Tabla 2

Fuente: Diseño en ingeniería mecánica de Shigley

TIPOS DE FUNDICIONES -

Fundición en arena

-

Moldeo en cascaron

-

Fundición de revestimiento

-

Procesos de metalurgia de polvos

Procesos de trabajo en caliente

El trabajo en caliente el metal se calienta por encima de su temperatura de recristalización y entre los principales procesos que se pueden realizar están: -

Laminado en caliente

-

Forjado

-

Extrusión en caliente

-

Prensado en caliente

Tratamiento térmico en Aceros -

Recocido

-

Templado

-

Revenido

Figura 2-13. Efecto de la historia termomecánica en las propiedades mecánicas del acero AISI 4340. Fuente: Diseño en ingeniería mecánica de Shigley

Selección de materiales

La selección real de un material para una aplicación de diseño particular puede ser fácil, por ejemplo, con base en aplicaciones previas (el acero 1020 siempre es un buen candidato debido a sus múltiples atributos positivos), o el proceso de selección puede ser tan complicado y desalentador como cualquier problema de diseño con la evaluación de muchos parámetros físicos, económicos y de procesamiento del material Una técnica básica consiste en enlistar todas las propiedades importantes de los materiales asociadas con el diseño, por ejemplo, resistencia, rigidez y costo. Esto puede priorizarse usando una medida de ponderaci.ón que dependerá de cuáles propiedades son más importantes que otras, por ejemplo, para la resistencia, el acero de alta resistencia como el 4340 debería estar en la parte alta de la lista. Uno de los aspectos importantes a tener en cuenta es el módulo de Young que teniendo una amplia base de datos para diferentes materiales se puede obtener el mejor material para el diseño de una máquina o elemento mecánico. Para algunos materiales se muestra en la figura 2-25.

Figura 2-15 Modulo de Young para varios materiales

Fuente: Diseño en ingeniería mecánica de Shigley

Con una base amplia de datos se facilita el proceso de selección, ya que al igual que la figura 2-15 se pueden obtener diferentes graficas que permitan identificar y seleccionar el material adecuado para su aplicación mecánica.

Conclusiones

•

Para el diseño de elementos mecánicos es importante el análisis de carga y resistencia del material, por lo tanto, las resistencias deben tener los parámetros adecuados para su aplicación y permitir la selección de materiales con mayor facilidad

•

Para la selección de materiales es importante tener una amplia base de datos que permita identificar el material adecuado de acuerdo a los ´parámetros de diseño analizados como la resistencia a la tensión, deflexión y que permita mejorar sus propiedades mediante tratamientos térmicos o tipo de trabajo en frio o caliente.

Bibliografía •

Shigley (2008). “Diseño en ingeniería mecánica”. McGrasw-Hill Interamericana. México D.F. México....