MATERIALES EN DISEO DE MQUINAS. La eleccin de los materiales con los cuales vamos a fabricar los elementos de las mquinas, constituye una de las decisiones ms importantes que debe tomar el ingeniero de diseo; dado que afectar de manera directa al tamao de las piezas, a su forma, a su proceso de fabricacin y en definitiva a su precio. Dadas las caractersticas concretas de cada elemento de mquina, se utilizan materiales metlicos (aceros, fundiciones ....), polmeros (poliamidas, teflones, poliuretano, pvc ...), cermicos (vidrios, porcelanas....) y compuestos. ALEACIONES METLICAS EN DISEO DE MQUINAS. Los materiales ms utilizados en fabricacin de maquinaria son las aleaciones metlicas, principalmente las ferrosas y concretamente los aceros. Esto se debe principalmente a: y y y Bajo coste relativo. Buenas caractersticas mecnicas. Facilidad en su manufactura.

Para concretar estos materiales, se agruparn teniendo en cuenta las partes de las mquinas que se disean con ellos:y y y y y y y Chasis de maquinaria. Elementos de la cadena cinemtica, de baja responsabilidad. rboles y ejes. Poleas y volantes. Engranajes. Levas y seguidores. Cojinetes.

CHASIS DE MAQUINARIA. El chasis de una mquina es el armazn sobre el cual se sustentan el resto de las piezas y mediante el cual se transmiten las cargas al terreno. En el diseo y fabricacin de chasis de maquinaria, se emplean principalmente dos mtodos: y Chasis de fundicin de hierro: Se utiliza en la fabricacin de maquinaria de gran tamao, fabricada en lotes de pocas unidades, generalmente: (chasis de mquina herramienta: prensas, tornos, fresadoras...,chasis de maquinaria naval...)

El proceso de fabricacin utilizado en estos casos es el moldeo por arena y posterior mecanizado de las superficies que lo necesiten. El resto de elementos de la mquina se fijan al bastidor, mediante uniones desmontables (tornillos, pernos, pasadores...).

FUNDICIONES PARA CHASIS DE MAQUINARIA. Los chasis de una mquina as obtenidos, poseen las siguientes caractersticas:

y y y y y y

Bajo coste relativo. Superficies de apariencia irregular, con aristas redondeadas. Chasis pesados, debido a que los espesores no pueden excesivamente delgados, dado los generosos coeficientes de seguridad que hay que emplear y a la tecnologa del propio proceso de fabricacin. Chasis robustos que absorben bien las vibraciones. Las zonas del chasis que quedan vistas, no es necesario que se recubran con otras piezas como embellecedores.

Las fundiciones de hierro utilizadas en la fabricacin de maquinaria son, principalmente las fundiciones grises:

ACEROS PARA CHASIS DE MAQUINARIA. Chasis de acero laminado: Hoy da es el mtodo que ms se utiliza en la fabricacin de chasis de maquinaria en general, especialmente en maquinaria ligera, o maquinaria pesada que precise cierta flexibilidad, generalmente: (chasis de vehculos, electrodomsticos, maquinaria de elevacin: gras, plataformas elevadoras, puentes gra...;chasis de maquinaria ligera: calzado, textil, envasado...; ordenadores...).

Los procesos de fabricacin utilizado en estos casos son: Armazn construido por chapas de acero laminado, cortadas mediante oxicorte, plasma,

lser, chorro de agua, guillotina...; y posteriormente ensambladas mediante soldadura o tornillos. Finalmente se mecanizan las superficies que fueran necesario. Armazn construido por perfiles estructurales: (IPN,HEB,IPE,UPN,L...) , ensamblados

mediante soldadura, complementados si fuera necesario con piezas de chapa de acero conformado y tubos de acero. Los aceros al carbono laminados, utilizados en la fabricacin de maquinaria son, principalmente:

Los aceros inoxidables laminados, utilizados en la fabricacin de maquinaria son, principalmente:

ELEMENTOS DE LA CADENA CINEMTICA. La mayora de los componentes de la cadena cinemtica de una mquina, (que no posean requerimientos especiales de resistencia ni peso), se fabrican con aceros finos de construccin al carbono (grupo F-1100). Algunos de estos componentes son: y y y y Soportes. Guas y correderas. Tornillera. Bulones , pasadores y chavetas.

Los motivos fundamentales del uso de estos aceros son: y y y El bajo coste relativo. La facilidad de acopio de estos materiales, en una gran variedad de formas y calidades superficiales. Buena maquinabilidad y soldabilidad.

ACEROS PARA LA CADENA CINEMTICA. Los aceros finos al carbono , utilizados en la fabricacin de elementos de maquinaria son, principalmente:

RBOLES Y EJES. La mayora de los rboles o ejes de una mquina,(que no posean requerimientos especiales de resistencia ni peso), se fabrican con aceros finos de construccin al carbono (grupo F 1100). Cuando se requieren ciertas caractersticas mecnicas, para el diseo de rboles de alto grado de responsabilidad; se utilizan aceros aleados especiales para tratamientos trmicos (grupos F 1200, F 1300). Las caractersticas de las piezas fabricadas con aceros aleados,sern: y y y *Incremento en el coste del material. *Incremento del coste asociado a los procesos de fabricacin. *Mayor grado de confiabilidad.

Los motivos fundamentales del uso de estos aceros son: y y y Elevados valores de caractersticas mecnicas. La facilidad para someterlos a tratamientos trmicos. Buena maquinabilidad.

ACEROS PARA RBOLES Y EJES.

MATERIALES PARA POLEAS Y VOLANTES DE INERCIA. El diseo de poleas, lleva generalmente a utilizar llantas de dimetros relativamente grandes, a los cuales hay que retirarles importantes volmenes de material. El alto coste asociado a los procesos de fabricacin (mecanizado...),as como la dificultad de conseguir materiales laminados de grandes dimetros; hace del moldeo en fundicin gris, el principal proceso de fabricacin de llantas para poleas. La fabricacin de la polea se concluye tras el torneado de los canales, mandrinado del agujero donde se aloja el rbol y el brochado del chavetero. En el diseo de volantes de inercia lo que hace adecuada la utilizacin de la fundicin gris, es por una parte los grandes dimetros de los mismos y por otra la necesidad de acumular la mayor parte de la masa en la periferia. FUNDICIONES PARA POLEAS Y VOLANTES . Las fundiciones de hierro utilizadas en la fabricacin de poleas y volantes de inercia, son las fundiciones grises:

MATERIALES PARA ENGRANAJES. Los materiales ms utilizados en la fabricacin de engranajes son los aceros, generalmente endurecidos con un tratamiento trmico de cementado, debido a las necesidades de dureza superficial y tenacidad de los dientes. Cuando los dimetros de las ruedas dentadas, superan ciertos valores, stas se suelen fabricar de fundicin gris, debido a que es econmica, ahorra tiempo de mecanizado, posee buena dureza superficial y (debido a las inclusiones de grafito), permiten su autolubricacin interdental y amortiguacin acstica. No obstante su baja resistencia a la traccin limitan su uso a ruedas de gran tamao dental y diametral (mdulos y n de dientes elevados). Es muy comn utilizar alguna de las siguientes combinaciones entre pin-rueda (aceroacero, acero-fundicin, acero-bronce, acero-nylon). En ambientes corrosivos es comn la utilizacin de materiales como los bronces, los polmeros y los aceros inoxidables. Es habitual el uso del bronce en ruedas dentadas donde se precise mucha friccin y buena distribucin de cargas, por ejemplo en ruedas helicoidales par tornillo sin-fin.

Cuando se disean engranajes que van a girar a un n de revoluciones elevado, transmitiendo poca potencia, es comn utilizar polmeros inyectados como el nylon, por su baja sonoridad y su buena resistencia al desgaste por friccin. ACEROS PARA ENGRANAJES.

FUNDICIONES PARA ENGRANAJES. Las fundiciones de hierro utilizadas en la fabricacin de engranajes, son las fundiciones grises:

TRATAMIENTOS TRMICOS EN LOS ACEROS.

El acero es una aleacin de hierro y carbono. El porcentaje de carbono afecta a la capacidad de la aleacin para recibir un tratamiento trmico. Las propiedades fsicas de los aceros, se pueden alterar mediante la aplicacin de calor, durante cierto tiempo, y posteriormente enfriando a una determinada velocidad. Estos fenmenos se conocen como tratamientos trmicos. Los tratamientos trmicos ms comunes en los aceros son:

y y y y y

Templado. Revenido. Bonificado. Recocido. Normalizado.

TEMPLADO: Endurecimiento del acero (0.3%C 0.6%C), mediante un calentamiento por encima de su temperatura crtica (760C), se mantiene cierto tiempo (hasta equilibrar dicha T) y posteriormente se enfra rpidamente en agua, aceite o sales. REVENIDO: Tras un endurecimiento excesivo producido por un temple, es necesario aliviar las tensiones internas del material y reducir su fragilidad, aplicando una T de (200C a 600C) y dejando que el material se enfre lentamente a T ambiente. BONIFICADO: Templado + revenido. RECOCIDO: Los procesos de temple y revenido son reversibles. Mediante la aplicacin de una T por encima de la crtica y dejando despus que se enfre lentamente, podemos restablecer la propiedades que el material tena antes del tratamiento trmico. A este tratamiento se le denomina recocido. NORMALIZADO: Para aliviar las tensiones producidas por los procesos de fabricacin (forja ,laminacin, estampado...), se realiza un calentamiento a T ms elevada que la del recocido y se enfra un poco ms rpido que en dicho tratamiento. El resultado es un acero ms resistente y duro que uno totalmente recocido. TRATAMIENTOS TERMOQUMICOS EN LOS ACEROS. CEMENTACIN: Es un tratamiento termoqumico, que consiste en enriquecer de carbono la superficie de un acero (C