Canten ida

1.11.21.31.41.51.61.71.81.91.101.111.121.13

11.11.21.31.41.51.61.7

2

Prefacio XIX

Acerca de los autores,

Introducción General

XXII

¿Qué es manufactura? 1Ejemplos de productos manufacturados 6El proceso de diseño y la ingeniería concurrente 9Diseño para la manufactura, ensamble, desensamble y servicioSelección de materiales 14Selección de los procesos de manufactura 18Manufactura integrada por computadora 24Aseguramiento de la calidad y administración total de la calidadCompetitividad global y costos de manufactura 28Producción sobria y manufactura ágil 29Diseño y manufactura ambiental con conciencia socialResponsabilidad de los productos 31Organización para la manufactura 32

13

27

30

Parte 1: Fundamentos de los materiales: su comportamientoy propiedades de manufactura 37

La estructura de los metales 39Introducción 39La estructura cristalina de los metales 40Deformación y resistencia de monocristalesGranos y fronteras de grano 45Deformación plástica de los metales policristalinos 47Recuperación, recristalización y crecimiento de granosTrabajo en frío, trabajo en tibio y trabajo en caliente

41

4950

Comportamiento mecánico, prueba y propiedadesde manufactura de los materiales 55

2.12.22.32.42.52.62.72.8

55IntroducciónTensión 56CompresiónTorsión 67Doblado (flexión)Dureza 68Fatiga 73Cedencia 73

66

68

vii

4.14.24.34.44.54.64.74.84.94.104.114.124.13

5

5.15.25.35.45.55.65.7

6

6.16.2

viii Contenido

2.92.102.112.12

Impacto 75Falla y fractura de los materiales en la manufactura y en el servicioEsfuerzos residuales 82Trabajo, calor y temperatura 84

75

3 Propiedades físicas de los materiales 903.13.23.33.43.53.63.73.8

Introducción 90Densidad 91Punto de fusión 94Calor específico 94Conductividad térmicaDilatación térmica 95Propiedades eléctricas, magnéticas y ópticasResistencia a la corrosión 97

94

95

4 Aleaciones de metales: su estructura y endurecimientomediante el tratamiento térmico 102

Introducción 102Estructura de las aleacionesDiagramas de fase 106El sistema hierro-carbono 109El diagrama de fases hierro-carburo de hierro y el desarrollo de microestructuras en los acerosHierros fundidos 113Tratamiento térmico de las aleaciones ferrosasTemplabilidad de aleaciones ferrosas 120Tratamiento térmico de aleaciones no ferrosas y de aceros inoxidablesEndurecimiento superficial 124Recocido 126Hornos y equipode tratamientotérmico 130Consideraciones de diseño para el tratamiento térmico

103

111

115

122

132

Metales y aleaciones ferrosas: producción, propiedadesgenerales y aplicaciones 137

Introducción 137Producción de hierro y aceroVaciado de lingotes 141Colada continua 142Aceros al carbono y de aleadosAceros inoxidables 148Aceros para herramienta y dados

138; .

144

150

Metales y aleaciones no ferrosas: producción,propiedades generales y aplicaciones 156

Introducción 156Aluminio y aleaciones de aluminio 157

6.36.46.56.66.76.86.96.106.116.126.136.146.15

7

7.17.27.37.47.57.67.77.87.9

Contenido ix

161Magnesio y a1eaCÍ'onesde magnesioCobre y aleaciones de cobre 163Níquel y aleaciones de níquel 164Supera1eaciones 165Titanio y aleaciones de titanio 166Metales refractarios y sus aleacionesBerilio 169Zirconio 170Aleaciones de bajo punto de fusiónM~ta1espreciosos 171Aleaciones con memoria de forma 172Aleaciones amorfas (vidrios metálicos) 172Nanomateriales 172

168

170

Polímeros: estructura, propiedades generales y aplicaciones 177

Introducción 177La estructura de los polímerosTermoplásticos 186Plásticos termoestables 190Aditivos en los plásticos 190Propiedades generales y aplicaciones de los termoplásticos 191Propiedades generales y aplicaciones de los plásticos termoestablesPlásticos biodegradables 195Elastómeros (hules) 197

179

194

8 Cerámicos, grafito y diamante: estructura, propiedadesgenerales y aplicaciones 203

!U8.28.38.48.58.68.7

Introducción 203La estructura de los cerámicos 204Propiedades generales y aplicaciones de los cerámicosVidrios 212VitrocerámicosGrafito 214Diamante 216

208

214

9 Materiales compositos: estructura, propiedadesgenerales y aplicaciones 221

9.19.29.39.49.59.69.7

Introducción 221La estructura de los plásticos reforzadosPropiedades de los plásticos reforzadosAplicaciones de los plásticos reforzadosCompositos de matriz metálica (MMC)Compositos de matriz de cerámica (CMC)Otros compositos 233

222227230

232233

x

10

10.110.210.310.410.510.6

11

11.111.211.311.411.511.611.711.811.911.1011.1111.1211.1311.1411.1511.1611.1711.1811.19

12

12.112.212.312.4

13

13.113.213.313.4

Contenido

Parte 11: Procesos y equipo para la fundición de metales 239

Fundamentos de la fundición de metales 241

Introducción 241Solidificación de los metalesFlujo del fluido 246Fluidez del metal fundidoTransferencia de calorDefectos 253

242

249250

Procesos de fundición de metales 261

Introducción 261Fundición en arena 264Moldeo en cáscara o en concha 272Fundición en modelo consumible (poliestireno expandido)Fundición en molde de yeso 276Fundición en molde cerámico 276Fundición por revestimiento 278Fundición al vacío 281Fundición en molde permanenteFundición en cáscara o huecoFundición a presión 282Fundición por inyección en matriz o dadosFundición centrífuga 286Fundición por dado impresor y formado de metal semisólidoTécnicas de colado para componentes monocristalinos 290Solidificación rápida (aleaciones amorfas) 291Inspección de las fundiciones 292Prácticas y hornos de fusión 292Fundidoras y automatización de las fundidoras

274

281282

283

288

"

,. ,294

Fundición de metales: diseño, materialesy consideraciones económicas 301

Introducción 301Consideraciones de diseño 301Aleaciones para las fundiciones 306Consideraciones económicas de la fundición 310

Parte 111: Procesos y equipo para el formado y modelado 317

Ralada o laminado de metales 320Introducción 320Laminado plano 321Práctica del laminado plano 326Molinos para laminación 328

~\,',~:.,'¡

13.513.613.7

14

14.114.214.314.414.514.614.714.814.914.1014.1114.1214.13

15

15.115.215.315.415.515.615.715.815.915.1015.1115.1215.13

16

16.116.216.316.416.516.616.716.816.916.1016.1116.12

Contenido xi

Operaciones de laminado de forma 331Producción de tubos y tuberías sin costura 334Colada y laminado continuos; laminadoras integradas y minilaminadoras 335

Forjado de los metales 340

Introducción 340Forjado con dado abierto 342Dado impresor y forjado con dado cerradoOperaciones relacionadas con el forjadoForjado rotatorio 351Diseño del dado de forjado 353Materiales y lubricación de los dadosForjabilidad 355Máquinas de forjado 357Práctica del forjado y posibilidades del procesoMétodos de fabricación de dados 361Fallas en los dados 362La economía del forjado

344348

355

360

363

Extrusión y estirado de metales

Introducción 369El proceso de extrusión 371Práctica de la extrusión 373Extrusión en caliente 374Extrusión en frío 377Extrusión por impacto 379Extrusión hidrostática 380Defectos de las extrusionesEquipo para extrusión 381El proceso de estirado 382Práctica del estirado 383Defectos y esfuerzos residualesEquipo de estirado 386

369

380

386

Procesos de formado de hojas o láminas metálicas 392

Introducción 392Cizallamiento 394Características del metal laminado 402Métodos de prueba para el formado de hojas o láminas metálicasDoblado de láminas y placas 407Operaciones comunes de doblado 411Doblado y conformación de tubos 414Formadopor extensión 416Embutido profundo 417Formado con hule 423Rechazado 424Formado superplástico

404

427

xii

16.1316.1416.1516.1616d7

17

17.117.217.317.417.517.617.717.817.917.1017.1117.1217.13

18

18.118.218.318.418.518.618.718.818.918.1018.1118.1218.1318.1418.15

19

19.119.219.319.419.5

Contenido

Explosión, impulso magnético, repujado y otros procesos de formadoFabricación de estructuras de panal 431Resistencia de piezas de metal laminado al abollamientoEquipo para el conformado de hojas o láminas metálicasEconomía de los procesos de formado de metal laminado

428

432432434

Procesamiento de metales en polvo,cerámicos, vidrio y superconductores 440

Introducción 440Producción de metales en polvoCompactación de polvos metálicosSinterizado 453Operaciones secundarias y de acabado 456Consideraciones de diseño en metalurgia de polvosPosibilidades del proceso 459Economía de la metalurgia de polvosMoldeado de cerámicos 460Moldeado y formado del vidrio 466Técnicas para reforzar y tratar el vidrio 470Consideraciones de diseño para cerámicos y vidriosProcesamiento de superconductores 472

442446

458

460

471

Moldeo y conformación de plásticos y materiales compuestos 480Introducción 480Extrusión 481Moldeo por inyección 485Moldeo por soplado 489Moldeo rotativo 489Termoformado 491Moldeo por compresiónMoldeo por transferenciaColado 494Formado en frío y en fase sólida 495Procesamiento de elastómeros 495Procesamiento de plásticos reforzados 496Procesamiento de materiales compositos con matriz de metal 503Procesamiento de materiales compuestos con matriz de cerámico 504Consideraciones de diseño y economía para el moldeo y conformación de plásticos

492493

504

Operaciones rápidas de construcción de prototipos 512Introducción 512Procesossustractivos 514Procesos aditivos 514Construcción virtual del prototipo 523Aplicaciones de la tecnología de prototipo rápido a la fabricación de partes reales 523

i

\

20

20.120.220.320.420.520.620.720.820.9

21

21.121.221.321:421.521.621.721.821.921.1021.1121.1221.13

22

22.122.222.322.422.522.622.722.822.922.1022.11

23

23.123.223.3

Contenido xiii

Parte IV: Procesos y máquinas para remoción de material 531

Fundamentos del corte 534

Introducción 534La mecánica de la formación de virutas 537Tipos de viruta producida en el corte de metalesLa mecánica del corte oblicuo 544Fuerzas y potencia de corte 545Temperatura en el corte 549Vida de las herramientas: desgaste y falla 551Acabado e integridad de la superficie 558Maquinabilidad 560

539

Materiales de herramientas y fluidos de corte 569

Introducción 569Aceros al carbono y de media aleación 573Aceros rápidos o de alta velocidad 573Aleaciones de cobalto fundidas 574Carburos 574Herramientas recubiertas 578Cerámicas a base de alúmina 582Nitruro de boro cúbico 583Cerámicas a base de nitruro de silicioDiamante 584Materiales de herramienta reforzados con triquitas y nanocristalinosReacondicionamiento de herramientas de corte 585Fluidos de corte 585

584

585

Procesos de maquinado para producir formas redondas 594

Introducción 594Parámetros del cilindrado 596Tomos y operaciones en el tomo 605Maquinado de alta velocidad, ultrapreciso y tomeado duroMaquinado de roscas 622Mandrinado y mandrinadoraTaladrado y brocas 627Taladros 635Escariado y escariadores 637Machuelado y machuelos 638Consideraciones de diseño para taladrado, escariado y machuelado

619

626

639

Procesos de maquinado para producir formas diversas

Introducción 646Operaciones de fresadoMáquinas fresadoras

646

647661

24.124.224.324.424.5

25

25.125.225.325.425.525.625.725.825.925.1025.1125.12

26

26.126.226.326.426.526.626.726.826.926.1026.1126.1226.13

Contenido

23.423.523.623.723.8

Cepillado y contomeadoBrochado y brochadorasAserrado 668Limado y acabado 670Fabricación de engranes por maquinado

663664

671

24 Centros de maquinado y de torneado, estructurasde máquinas herramientas y economía del maquinado 682Introducción 682Centros de maquinado y de tomeado 682Estructuras de máquinas herramientas 690Vibración y traqueteo en las operaciones de maquinadoEconomía del maquinado 698

694

Operaciones de maquinadoy acabado con abrasivos 704

Introducción 704Abrasivos 706Abrasivos aglomerados (piedras abrasivas)El proceso de rectificado 712Desgaste de las piedras abrasivasMétodos y máquinas de rectificadoFluidos de rectificado 729Consideraciones de diseño para el rectificadoMaquinado ultrasónico 730Operaciones de acabado 731Desbarbado 735Economía de las operaciones de rectificado y acabado

708

716721

729

738

Procesos avanzados de maquinado y nanofabricación 744Introducción 744Maquinado químico 745Maquinado electroquímico 750Rectificado electroquímico 753Maquinado con descarga eléctrica (electroerosionadora de penetración)Maquinado con descarga eléctrica y alambre (electroerosionadora de hilo)Maquinado con rayo láser 758Maquinado con haz de electrones y corte con arco de plasmaMaquinado con chorro de agua 761Maquinado con chorro abrasivo 763Nanofabricación 764

.

Micromaquinado 765Economía de los procesos avanzados de maquinado

754'757

761

766

27

27.127.227.327.427.527.627.727.827.927.10

28

28.128.228.328.428.528.628.728.8

29

29.129.229.329.429.529.6

30

30.130.230.330.430.530.6

Contenido

.Parte V: Procesos y equipos para unir 771

Procesos de soldadura por fusión 775

Introducción 775Soldadura con oxígeno y combustible gaseosos 775Procesos de soldadura con arco: electrodo consumibleElectrodos 786Procesos de soldadura con arco: electrodo no consumibleSoldadura con termita 790Soldadura con haz de electronesSoldadura con rayo láser 791Corte 792Seguridad en la soldadura

779

787

790

794

Procesos de soldadura en estado sólido 799

Introducción 799Soldadura en frío 799Soldadura ultrasónica 800Soldadura por fricción 801Soldadura por resistencia 803Soldadura por explosión 812Liga (soldadura) por difusión 812Liga por difusión y formado superplástico 814

La metalurgia de la soldadura; diseño de la soldaduray selección del proceso 819

Introducción 819La unión soldada 820Calidad de la soldaduraSoldabilidad 828Prueba de las uniones soldadas 830Diseño de la soldadura y selección del proceso

823

833

Soldadura fuerte, soldadura blanda, adhesióny procesos de sujeción mecánica 839

Introducción 839Soldadura fuerte 840Soldadura blanda 844Unión adhesiva 850Sujeción mecánica 856Unión de plásticos 860

xv

xvi

31

31.131.231.331.431.5

32

32.132.232.332.432.532.632.732.832.932.1032.1132.1232.13

33

33.133.233.333.433.533.633.733.833.933.1033.1133.1233.1333.1433.1533.16

34

34.134.234.334.4

Contenido

Parte VI: Tecnología de superficies 867

Superficies, su natl:lraleza, rugosidad y medición 869

Introducción 869Estructura y propiedades de llis superficiesIntegridad superficial 871Textura superficial 872Rugosidad superficial 873

869

Tribología: fricción, desgaste y lubricación

Introducción 882Fricción en los metales 883Fricción en plásticos y cerámicosReducción de la fricción 884Medición de la fricción 885Desgaste 887Desgaste de plásticos y cerámicosMedición del desgaste 891Lubricación 891Fluidos para conformado de metalesLubricantes sólidos 895Recubrimientos de conversión 896'Selección del fluido para conformado de metales

882

884

890

893

896

Tratamientos, recubrimientos y limpieza de superficies

Introducción 902Tratamiento mecánico de superficies y revestimientosEndurecimiento superficial y revestimiento duro 906Rociado térmico 906Deposición de vapor 908Implantación iónica 911Revestimiento por difusión 911Electrodeposición, deposición sin electricidad y electroformadoAnodizado 913Recubrimiento de conversiónInmersión en caliente 914Esmaltado de porcelana, recubrimiento cerámico y recubrimientos orgánicosRecubrimiento de diamante 916Pintura 917Texturizacto superficialLimpieza de superficies

903

911

914

918919

Fabricación de dispositivos microelectrónicos 924

Introducción 924Semiconductores y silicio 925Crecimiento de cristal y preparación de oblea (wafer)Deposición de película 928

928

902

915

34.534.634.7 '34.834.934.1034.1134.12

35

35.135.235.335.435.535.635.735.835.935.1035.11

36

36.136.236.336.436.536.636.736.836.936.1036.1136.12

37

37.137.237.337.437.537.6

Contenido xvii

Oxidación 930Litografía 931Grabado (ataque) 932Difusión e implantación de ionesMetalización y prueba 934Fijación y empaque 936Rendimiento y confiabilidadTarjetas de circuito impreso

933

938939

Parte VII: Aspectos comunes en la manufactura 943

Metrología e instrumentación industrial

Introducción 945Patrones de medición 946Instrumentos con graduación 948Instrumentos de medición longitudinal comparativa 951Propiedades geométricas: medición de rectitud, planicidad, redondez y perfilMáquinas de medición por coordenadas y máquinas de trazado 956Galgas 958Instrumentos ópticos 960Medición automatizada 960 .Características generales y selección de los instrumentos de mediciónDimensionamiento geométrico y establecimiento de tolerancias 961

945

953

961

Aseguramiento, prueba e inspección de la calidad

Introducción 971Calidad del producto 972Aseguramiento de la calidad 973Administración de la calidad totalMétodos de Taguchi 976Las normas ISO y QS 980Métodos estadísticos de control de calidadControl estadístico del proceso 985Confiabilidad 992Pruebas no destructivas 992Pruebas destructivas 997Inspección automatizada 998

971

974

982

Ingeniería de factores humanos, seguridad y responsabilidadpor el producto 1004

Introducción 1004Ingeniería de factores humanosSeguridad 1006Consideraciones ambientales 1009Responsabilidad por el producto 1011Ejemplos de demandas de responsabilidad por el producto

1005

1014

xviii

38

38.138.238.338.438.538.638.738.838.938.10

39

39.139.239.339.439.539.639.739.839.939.1039.1139.1239.1339.14

40

40.140.240.340.440.540.640.740.840.9

índice

Contenido

Parte VIII: Manufactura en ambiente competitivo 1019

Automatización de los procesos de manufactura

Introducción 1021Automatización 1023Control numérico (CN) 1029Programación del control numéricoControl adaptable (CA) 1038Manejo y movimiento de materialesRobots industriales 1043Tecnología de sensores 1051Soportes flexibles 1054Diseño para ensamblar, desarmar y dar servicio

1021

1036

1041

1056

Sistemas de manufactura integrados por computadora

Introducción 1067Sistemas de manufactura 1068Manufactura integrada por computadora (CIM, computer integrated manufacturing)Diseño e ingeniería asistidos por computadora (CAD y CAE, en inglés) 1071Manufactura asistida por computadora (CAM) 1075Planeación de proceso asistido por computadora (CAPP, comput~r aided process planning)Simulación de los procesos y sistemas de manufactura por computadora 1079Tecnología de grupos (TG) 1079Manufactura celular 1086Sistemas flexibles de manufactura (SFM)Producción justo a tiempo (JIT) 1091Redes de comunicaciones en la manufacturaInteligencia artificial (lA) 1095La fábrica del futuro 1099

1067

1069

1088

1093

Aspectos competitivos de la manufactura 1106

Introducción 1106Selección de materiales 1107Diseño del producto y cantidad de materialesSustitución de materiales 1110Selección de los procesos de manufacturaPosibilidades del proceso 1115Costos de manufactura 1119Costos de manufactura y volumen de producciónIngeniería de valores (del valor intrínseco) 1123

1110

1113

1122

1137

1076