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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL ESTADO DE ZACATECAS DIRECCIÓN DE MANTENIMIENTO INDUSTRIAL PROYECTO: CONSTRUCCIÓN DE MAQUINA DE DESGASTE POR ABRASIÓN Y FATIGA SEGÚN LA NORMA ASTM G-65 REPORTE DE ESTADÍA QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE TÉCNICO SUPERIOR UNIVERSITARIO EN MANTENIMIENTO INDUSTRIAL PRESENTA: MIGUEL ANGEL BERNAL ENRÍQUEZ

Construcción De Máquina Para Ensayos De Desgaste Por Abrasión Y Fatiga

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Tesis elaborada en la universidad tecnológica del estado de Zacatecas

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Page 1: Construcción De Máquina Para Ensayos De Desgaste Por Abrasión Y Fatiga

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL ESTADO DE ZACATECASDIRECCIÓN DE MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

PROYECTO:CONSTRUCCIÓN DE MAQUINA DE DESGASTE POR ABRASIÓN Y

FATIGA SEGÚN LA NORMA ASTM G-65

REPORTE DE ESTADÍA QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DETÉCNICO SUPERIOR UNIVERSITARIO EN MANTENIMIENTO

INDUSTRIAL

PRESENTA:MIGUEL ANGEL BERNAL ENRÍQUEZ

GUADALUPE, ZACATECAS, AGOSTO 2014

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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL ESTADO DE ZACATECAS

DIRECCIÓN DE MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

PROYECTO:CONSTRUCCIÓN DE MAQUINA DE DESGASTE POR ABRASIÓN Y

FATIGA SEGÚN LA NORMA ASTM G-65

MEMORIA DE ESTADÍA QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE

TÉCNICO SUPERIOR UNIVERSITARIO ENMANTENIMIENTO INDUSTRIAL

PRESENTA:

MIGUEL ANGEL BERNAL ENRÍQUEZ

EMPRESA:

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE ZACATECAS

ASESOR EMPRESARIAL:

DR. VÍCTOR HUGO BALTAZAR HERNÁNDEZ

ASESOR ACADÉMICO:

MTRO. GABRIEL MARTIN FLORES RIVAS

GUADALUPE, ZAC., AGOSTO 2014

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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE ZACATECAS

DEDICATORIAS Y AGRADECIMIENTOS.

iiiT.S.U. MANTENIMIENTO INDUSTRIAL MIGUEL ANGEL BERNAL ENRÍQUEZ

Construcción de máquina de desgaste por abrasión y fatiga según la norma astm g-65

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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE ZACATECAS

POLÍTICA DE CALIDAD DE LA UTZAC.

Cumplir con la formación Integral de los alumnos de la Universidad Tecnológica del

Estado de Zacatecas, con calidad y conciencia ambiental, respetando estándares

Nacionales e Internacionales que apoyan la sustentabilidad.

MISIÓN. Formar integralmente profesionales, bajo un modelo centrado en el aprendizaje y

programas educativos con enfoque a competencias que respondan a las

necesidades del entorno.

VISIÓN. Ser una Universidad reconocida Socialmente por la Calidad y creatividad de sus

egresados que contribuye al desarrollo sustentable.

VALORESCOMPROMISO. Convicción en cada integrante de la Comunidad Universitaria para cumplir con sus

responsabilidades.

RESPONSABILIDAD. Capacidad existente en los integrantes de la Comunidad Universitaria, para

reconocer y aceptar las consecuencias de un hecho realizado libremente y cumplir

con las obligaciones en tiempo, calidad y forma.

SERVICIO. Prestación humana que se ofrece en beneficio de los demás, potenciando

capacidades y habilidades de manera positiva.

RESPETO.

Ser congruentes y tolerantes, a favor de las valías de nosotros mismos y del entorno,

conscientes de las diferentes formas de pensar, actuar y sentir de los demás.iv

T.S.U. MANTENIMIENTO INDUSTRIAL MIGUEL ANGEL BERNAL ENRÍQUEZ

Construcción de máquina de desgaste por abrasión y fatiga según la norma astm g-65

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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE ZACATECAS

PERFIL PROFESIONAL DEL TÉCNICO SUPERIOR UNIVERSITARIOEN MANTENIMIENTO ÁREA INDUSTRIAL

COMPETENCIAS PROFESIONALES.

Las competencias profesionales son las destrezas y actitudes que permiten al

Técnico Superior Universitario desarrollar actividades en su área profesional,

adaptarse a nuevas situaciones, así como transferir, si es necesario, sus

conocimientos, habilidades y actitudes a áreas profesionales próximas.

Competencias Genéricas:

Capacidad de análisis y síntesis, habilidades para la investigación básica, las

capacidades individuales y las destrezas sociales, habilidades gerenciales y las

habilidades para comunicarse en un segundo idioma.

Competencias Específicas:

1. Gestionar las actividades de mantenimiento mediante la integración del plan maestro, para garantizar la operación y contribuir a la productividad de la organización.

1.1 Definir el universo de mantenimiento a través de la integración de la

información técnica, para elaborar el plan maestro de mantenimiento.

1.2 Desarrollar el plan maestro de mantenimiento con base en la

jerarquización de equipos y frecuencia de actividades, presupuesto

autorizado y políticas de la organización, para gestionar los recursos,

optimizar la operación y el servicio.

vT.S.U. MANTENIMIENTO INDUSTRIAL MIGUEL ANGEL BERNAL ENRÍQUEZ

Construcción de máquina de desgaste por abrasión y fatiga según la norma astm g-65

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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE ZACATECAS

1.3. Controlar el cumplimiento del plan maestro de mantenimiento mediante el

seguimiento de las actividades y evaluación de resultados, para proponer

mejoras y garantizar el funcionamiento de los equipos de la organización.

2. Supervisar el reemplazo o fabricación de partes de los sistemas electromecánicos en maquinaria, equipo y redes de distribución industrial empleado normas para mantener en óptimas condiciones los sistemas.

2.1 Diagnosticar las características del desempeño de los sistemas y sus

elementos a partir de la interpretación de planos y diagramas,

especificaciones y normatividad aplicable; para establecer los criterios de

reemplazo o fabricación de partes.

2.2. Coordinar el reemplazo o fabricación de partes de sistemas:

electromecánicos industriales y de distribución de acuerdo a las políticas

de la organización, el diagnóstico, la normatividad aplicable y

especificaciones técnicas del fabricante; para el cumplimiento del plan

maestro.

ESCENARIOS DE ACTUACIÓN

El Técnico Superior Universitario en Mantenimiento área Industrial podrá desenvolverse en:

Empresas públicas y privadas dedicadas de los sectores primario, secundario

y terciario tales como: Minería, Pesca y Agricultura.

Empresas metalmecánicas, alimenticias, del plástico, químicas, del vestir,

aeronáuticas, automotrices, de electrodomésticos, farmacéuticas, entre otras.

Empresas de servicio como hoteles, hospitales, entre otros.

Su propia empresa de Mantenimiento Industrial.

viT.S.U. MANTENIMIENTO INDUSTRIAL MIGUEL ANGEL BERNAL ENRÍQUEZ

Construcción de máquina de desgaste por abrasión y fatiga según la norma astm g-65

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OCUPACIONES PROFESIONALES

El Técnico Superior Universitario en Mantenimiento área Industrial podrá desempeñarse como:

Supervisor de Mantenimiento.

Planeador de Mantenimiento.

Jefe de Mantenimiento.

Líder de Mantenimiento.

Técnico en Mantenimiento.

viiT.S.U. MANTENIMIENTO INDUSTRIAL MIGUEL ANGEL BERNAL ENRÍQUEZ

Construcción de máquina de desgaste por abrasión y fatiga según la norma astm g-65

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PLAN DE TRABAJO

Alumno:

Proyecto:

Nombre:

Dirección:

III. DATOS DEL PROYECTO.

IV. PLAN DE TRABAJO.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18P

RPR

PR

P

RP

RPR

PR

P

R

PR

Descripción:

Objetivo: Desarrollar la construcción de la maquina de desgaste por abrasión según la norma ASTM G-65

El desarrollo de este proyecto es con el fin de realizar pruebas de desgaste por abrasión, esto para verificar y analizar eldesgaste en piezas mecánicas.

Fecha de inicio: Viernes 02 de mayo del 2014. Fecha de término: Jueves 21 de agosto del 2014.

I. DATOS DEL ALUMNO.

II. DATOS DE LA EMPRESA.Universidad Autónoma De Zacatecas

Unidad Académica de Ingeniería. Carretera a la Bufa Km 2. Zacatecas, Zac. C.P. 98000

Teléfono y fax: Tel. 923-9407 ext. 1618 Fax 922-20827

T.S.U. Mantenimiento IndustrialCarrera:

SECUENCIA

9

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL ESTADO DE ZACATECASPROGRAMA DE ESTADÍAS

PLAN DE TRABAJO

Miguel Angel Bernal Enríquez

Construcción de maquina desgaste por abrasión y fatiga, según la normaASTM G-65 Asesor académico: Mtro. Gabriel Martin Flores Rivas

2

3

4

5

6

7

8

Compra y maquinado de materiales.

Giro o actividad: Educación Superior (Posgrado) Dirección electrónica:

Cargo:

Conclusiones.

Reporte de estadía.

1

Estudio del caso.

Propuestas de construcción.

Cotización y presupuesto

[email protected]

Docente Investigador de la Unidad de Ingeniería.

ASESOR EMPRESARIAL

SEMANAS

Asignación del proyecto.

ACTIVIDAD

Asesor empresarial: Dr. Víctor Hugo Baltazar Hernández.

Fabricación de maquina.

ASESOR ACADÉMICOALUMNO

(Dr. Víctor Hugo Baltazar Hernández)

(Mtro. Gabriel Martin Flores Rivas)(Miguel Angel Bernal Enríquez)

viiiT.S.U. MANTENIMIENTO INDUSTRIAL MIGUEL ANGEL BERNAL ENRÍQUEZ

Construcción de máquina de desgaste por abrasión y fatiga según la norma astm g-65

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RESUMEN.

Este proyecto presenta el desarrollo experimental para realizar pruebas de degaste

abrasivo, para realizar este tipo de pruebas tenemos diseñar y construir una maquina

tipo abrasión según la norma ASTM G.-65. En este caso definiremos las partes más

importes de la máquina para ello lo que la norma nos mencione. Para el diseño

utilizaremos software especializados en este tipo de diseño con esto tendremos una

buena referencia de lo que vamos a utilizar así mismo especificando el material de

construcción. La importancia para realizar este tipo de actividades es para potenciar

las áreas de especialización de la Maestría en ingeniería aplicada y procesos de

manufactura así como también para hacer evoluciones de los materiales de las

diferentes tipos de industrias como la industria minera, que reporta un crecimiento

notable de los volúmenes de explotación y exige de elementos de repuesto con

máxima duración o de encontrar las causas de que algunos de esos componentes no

tuviesen la vida de servicio que se esperaba. Los avances de construcción de diseño

dependerán del tiempo estimado para ello.

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Construcción de máquina de desgaste por abrasión y fatiga según la norma astm g-65

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TABLA DE CONTENIDOINTRODUCCIÓN..........................................................................................................1

JUSTIFICACIÓN..........................................................................................................2

OBJETIVOS.................................................................................................................3

CAPITULO I..................................................................................................................4

1.1 ANTECEDENTES...............................................................................................4

1.2 MISIÓN................................................................................................................5

1.3 VISIÓN................................................................................................................5

1.4 ORGANIZACIÓN.................................................................................................6

1.5 CAMPO DE DESARROLLO................................................................................6

1.6 OBJETIVOS DE LA MAESTRÍA EN LA INGENIERÍA APLICADA EN PROCESOS Y MANUFACTURA..............................................................................7

1.7 LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN............................................................................7

1.8 ÁREAS................................................................................................................8

1.9 INFRAESTRUCTURA.........................................................................................8

1.10 ORGANIGRAMA DEL PERSONAL DE LA MAESTRÍA....................................9

1.11 UBICACIÓN....................................................................................................10

CAPITULO II...............................................................................................................11

MARCO DE REFERENCIA.....................................................................................11

2.1 DESGASTE.......................................................................................................11

2.1.1 Tipos de desgaste.......................................................................................11

2.1.2 Factores que afectan las características del desgaste...............................15

2.1.3 Desgaste en la industria..............................................................................16

2.2 ABRASIÓN........................................................................................................17

2.2.1 Resistencia a la abrasión............................................................................17

2.3 MATERIALES ABRASIVOS..............................................................................18

2.3.1 Materiales resistentes a la abrasión............................................................20

2.4 FRICCIÓN.........................................................................................................21

2.4.1 Tipos de rozamiento....................................................................................22

xT.S.U. MANTENIMIENTO INDUSTRIAL MIGUEL ANGEL BERNAL ENRÍQUEZ

Construcción de máquina de desgaste por abrasión y fatiga según la norma astm g-65

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2.4.2 Valores de los coeficientes de fricción........................................................22

2.4.3 Rozamiento entre superficies de sólidos....................................................23

2.5 CONTACTO MECÁNICO..................................................................................24

2.6 TIPOS DE MÁQUINAS PARA REALIZAR ENSAYOS DE DESGASTE...........25

2.7 SOLIDWORKS..................................................................................................29

CAPITULO III..............................................................................................................31

DESARROLLO DEL PROYECTO...........................................................................31

3.1 CONSIDERACIONES PARA REALIZAR PRUEBAS DE DESGASTE.............31

3.2 PARÁMETROS BÁSICOS PARA PRUEBAS DE DESGASTE.........................31

3.3 LAS CARACTERÍSTICAS DE LA ARENA........................................................32

3.4 DISEÑO DE LA MÁQUINA...............................................................................33

3.5 ANÁLISIS DE LA RESISTENCIA DE LA ESTRUCTURA.................................33

3.6 DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO..........................................................................33

3.7 PROCEDIMIENTO PARA EL DESGASTE ABRASIVO....................................36

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Construcción de máquina de desgaste por abrasión y fatiga según la norma astm g-65

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INTRODUCCIÓN.En el desarrollo de este proyecto se presenta en el diseño de una máquina de

ensayo de desgaste por abrasión, según la norma ASTM G-65, que se aplicará para

la evaluación de la resistencia al desgaste de materiales. Los criterios para el

desarrollo del concepto y de las características de las piezas más importantes según

la norma antes mencionada, tomando en cuenta la aplicación de secciones de

material que se pretende probar en condiciones óptimas al uso en la industria minera

donde la abrasión significa una de las principales causas del daño de componentes.

Aun existiendo muchas máquinas para desgaste por abrasión se decidió hacer

de acuerdo a los coordinadores de la maestría un modelo de máquina de desgaste

según la norma ASTM G-65.

En esta investigación se mencionará el procedimiento de cómo realizar

pruebas de desgaste así como también algunos de los instrumentos que se

requieren para la ejecución de estas pruebas.

Se incluirán los conceptos más relevantes para comprender y poder analizar lo

establecido seguido de las diferentes pruebas que hay para realizar pruebas de

desgaste abrasivo.

En este caso se incluirán los parámetros y las consideraciones para este tipo

de pruebas ya que es de suma importancia mencionarlos para que nos pueda arrojar

resultados confiables.

1T.S.U. MANTENIMIENTO INDUSTRIAL MIGUEL ANGEL BERNAL ENRÍQUEZ

Construcción de máquina de desgaste por abrasión y fatiga según la norma astm g-65

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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE ZACATECAS

JUSTIFICACIÓN.La Maestría en la ingeniería aplicada en procesos y manufactura en los proyectos de

investigación que realiza de las propiedades y aplicaciones de los materiales

metálicos, requiere la evaluación del comportamiento de los mismos en condiciones

de esfuerzos alternativos y en contacto con diferentes minerales con condiciones de

abrasión, por lo que se requiere construir una máquina de ensayos de desgaste por

abrasión, que de tales pruebas se obtengan datos para la determinación de la

aplicabilidad del material en base de estimar el grado de desgaste a la abrasión de

un material en condiciones específicas, que se pretenden simular en el equipo; se

justifica el proyecto que desarrolle los detalles para la construcción incluyendo la

selección de los materiales para la construcción de la máquina, esto se reduce la

posibilidad de errores al construir la máquina de ensayo de desgaste por abrasión, y

que dada esa situación pudiesen resultar limitados los objetivos de investigación.

Aunque fuera posible realizar las pruebas en otros laboratorios con los que se

pueda interactuar en la República Mexicana; los tiempos de disponibilidad, los

tiempos totales para tener datos, los costos de envío, y otros factores limitan esta

posibilidad; situación que apoya la justificación de la construcción de la máquina de

desgaste por abrasión.

2T.S.U. MANTENIMIENTO INDUSTRIAL MIGUEL ANGEL BERNAL ENRÍQUEZ

Construcción de máquina de desgaste por abrasión y fatiga según la norma astm g-65

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OBJETIVOS.Desarrollar las especificaciones y seleccionar el tipo de material que será utilizado en

la construcción de las partes de la máquina de desgaste por abrasión ASTM G-65,

antes de junio del 2014.

Desarrollar y terminar el diseño de las piezas más importantes que menciona

ASTM G-65, antes de junio del 2014.

Cotizar cada una de las piezas y partes con las que se construirá la máquina

para ensayos de pruebas por desgaste abrasivo antes de junio del 2014.

Comprar y habilitar todas las partes para la construcción de la máquina antes

de julio 2014.

Construir y poner en función la máquina para los ensayos de desgaste por

abrasión antes de agosto 2014.

Hacer pruebas de degaste por abrasión y verificar el óptimo funcionamiento de

la máquina construida antes de agosto 2014.

3T.S.U. MANTENIMIENTO INDUSTRIAL MIGUEL ANGEL BERNAL ENRÍQUEZ

Construcción de máquina de desgaste por abrasión y fatiga según la norma astm g-65

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CAPITULO IUNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE ZACATECAS

1.1 ANTECEDENTES.

La Maestría en la ingeniería aplicada en procesos y manufactura inicia su operación

con planes de estudio autorizados, con la primera generación que ingreso en Agosto

del año 2001 y egreso en Julio del 2003. Después de haber revisado la problemática

tecnológica del entorno zacatecano planteada en los diálogos universidad sociedad,

en las diferentes formas entre empresarios zacatecanos y la Universidad Autónoma

de Zacatecas, se expusieron algunos problemas relacionados con los importancia del

estudio y la investigación en materiales, encontrándose que un programa de

posgrado como la maestría puede contribuir en algunos de los siguientes sectores:

Industria en general.

Minería.

Agricultura.

4T.S.U. MANTENIMIENTO INDUSTRIAL MIGUEL ANGEL BERNAL ENRÍQUEZ

Construcción de máquina de desgaste por abrasión y fatiga según la norma astm g-65

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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE ZACATECAS

1.2 MISIÓN.

Formar profesionistas e investigadores emprendedores, hábiles, responsables y

honestos, capases de desarrollar investigación aplicada, que contribuyan al

desarrollo de la Universidad, del Estado y del país, comprometidos con la solución de

los problemas del entorno en el campo de los proceso y materiales, impulsando la

divulgación, difusión, extensión y vinculación.

1.3 VISIÓN.

Ser un postgrado de alta calidad en el área de los procesos y materiales,

cuyas prioridades sean: la toma de recursos humanos para realizar

investigación, impartir docencia, vinculación y extensión.

Que tenga altos índices de eficiencia terminal y seguimiento de egresados; así

como un buen programa de tutoría.

Que desarrolle investigación aplicada y de generación de conocimiento para el

desarrollo local, regional y nacional.

Que mantenga un vínculo estrecho con el sector industrial y centros de

investigación afines al área de conocimiento que el postgrado desarrolla.

Que mantenga una actualización constante de sus planes y programas de

estudio.

Que el personal académico tenga el perfil preferente y reconocimiento en el

ámbito nacional e internacional.

Que pertenezca al Padrón Nacional del Postgrado.

Posgrado del más alto nivel académico y líder en el desarrollo tecnológico

reconocido nacional e internacionalmente por la competitividad y calidad

humana de sus docentes y egresados.

5T.S.U. MANTENIMIENTO INDUSTRIAL MIGUEL ANGEL BERNAL ENRÍQUEZ

Construcción de máquina de desgaste por abrasión y fatiga según la norma astm g-65

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1.4 ORGANIZACIÓN.

La Maestría en la ingeniería aplicada en procesos y manufactura se encuentra en la

Universidad Académica de Ingeniería del área de ingenierías de la Universidad

Autónoma de Zacatecas, compartiendo infraestructura con la Especialidad en

Procesos Metalúrgicos de Manufactura.

El programa de maestría es coordinado por un responsable de las actividades

académicas, además de un Comité Académico, formado por los profesores

investigadores que incorpora eventualmente a profesores y profesionales

especialistas que laboran en otras instituciones, así como el sector industrial.

El Comité Académico tiene las funciones de:

Estudiar y aportar los planes y programas de estudio de la maestría en

correspondencia con sus objetivos, así como la modificación a los mismos.

Proporcionar vínculo del programa de maestría en los sectores industriales y

educativos del estado, a fin de lograr mayor integración con la problemática

del entorno zacatecano.

Aportar sus criterios sobre la idoneidad de los profesores seleccionados para

desarrollar actividades académicas del programa de maestría, de acuerdo

con los lineamientos del programa nacional indicativo del posgrado.

1.5 CAMPO DE DESARROLLO.

El egresado de La Maestría en la ingeniería aplicada en procesos y manufactura

habrá adquirido las competencias relacionadas con el procesamiento, la ciencia y la

ingeniería de los materiales, que le permitan identificar, planear, investigar y conocer

los problemas de la industria metal mecánica. “Construcción de una máquina de

desgaste por abrasión” La Maestría en la ingeniería aplicada en procesos y

manufactura.

6T.S.U. MANTENIMIENTO INDUSTRIAL MIGUEL ANGEL BERNAL ENRÍQUEZ

Construcción de máquina de desgaste por abrasión y fatiga según la norma astm g-65

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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE ZACATECAS

1.6 OBJETIVOS DE LA MAESTRÍA EN LA INGENIERÍA APLICADA EN PROCESOS Y MANUFACTURA.

Desarrollar investigación dentro de diversas áreas del conocimiento de los

materiales y sus procesamientos, en beneficio del desarrollo de la industria

minero-metalúrgica, la siderúrgica la de minerales no ferrosos, la de vidrio y

cerámica, la de los polímeros, la ambiental y de manejo de desechos, la

automotriz, en centros de investigación y universidades, entre otras de giro

similar.

Formar recursos humanos que contribuyan al conocimiento y aplicación de los

materiales y sus procesamientos, siendo capaces de generar y aplicar

conocimientos de dicha área en forma original e innovadora, identificando,

investigando y proyectando soluciones a los problemas del entorno que se

suscitan en el sector industrial, social y universitario tanto a nivel estatal,

nacional e internacional.

1.7 LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN.

Teniendo en cuenta la situación actual del entorno zacatecano, la estructura

curricular de la maestría e importantes criterios aportados por empresarios de la

región, los integrantes del cuerpo académico han desarrollado diversas líneas de

investigación, en las cuales los estudiantes tienen participación.

Caracterización y análisis de materiales.

Procesamiento de materiales.

Degradación de materiales.

7T.S.U. MANTENIMIENTO INDUSTRIAL MIGUEL ANGEL BERNAL ENRÍQUEZ

Construcción de máquina de desgaste por abrasión y fatiga según la norma astm g-65

Page 21: Construcción De Máquina Para Ensayos De Desgaste Por Abrasión Y Fatiga

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE ZACATECAS

1.8 ÁREAS.

Las citadas líneas de investigación se aplican en distintas áreas del uso y producción

de los materiales, como:

Reciclado de materiales.

Metalurgia de polvos.

Fundición.

Simulación.

Materiales compuestos.

Soldadura.

Tratamientos térmicos.

Materiales inteligentes.

1.9 INFRAESTRUCTURA.

La Maestría en la ingeniería aplicada en procesos y manufactura cuenta con

diferentes tipos de laboratorios como lo son:

Reciclado de aluminio y fundición de no ferrosos.

Ensayos de desgaste.

Soldadura.

Aleado mecánico.

Microscopia óptica.

Ensayos mecánicos.

Ensayos no destructivos.

Tratamientos térmicos.

Modelado para fundición.

8T.S.U. MANTENIMIENTO INDUSTRIAL MIGUEL ANGEL BERNAL ENRÍQUEZ

Construcción de máquina de desgaste por abrasión y fatiga según la norma astm g-65

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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE ZACATECAS

1.10 ORGANIGRAMA DEL PERSONAL DE LA MAESTRÍA.

Diagrama 1.1 Organigrama del personal de la maestría.

9T.S.U. MANTENIMIENTO INDUSTRIAL MIGUEL ANGEL BERNAL ENRÍQUEZ

Construcción de máquina de desgaste por abrasión y fatiga según la norma astm g-65

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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE ZACATECAS

1.11 UBICACIÓN.

La Maestría en la ingeniería aplicada en procesos y manufactura se encuentra en la

Unidad Académica de Ingeniería de la Universidad Autónoma de Zacatecas,

carretera a la Bufa Km 2. Zacatecas, Zac.

Figura 1.1 Ubicación del plantel de la maestría.

10T.S.U. MANTENIMIENTO INDUSTRIAL MIGUEL ANGEL BERNAL ENRÍQUEZ

Construcción de máquina de desgaste por abrasión y fatiga según la norma astm g-65

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CAPITULO IIMARCO DE REFERENCIA.

2.1 DESGASTE.

En ciencia de materiales, el desgaste es la pérdida de masa de la superficie de un

material sólido por la interacción mecánica con otro cuerpo en contacto. Es

específicamente la eliminación de material de una superficie como resultado de una

acción mecánica. La necesidad de una acción mecánica, en forma de contacto

debido a un movimiento relativo, es una distinción importante entre desgaste

mecánico y cualquier otro proceso con similares resultados.

En general, los sistemas de ingeniería implican el movimiento relativo entre

componentes fabricados a partir de metales y no metales, y se han identificado seis

tipos principales de desgaste, como sigue:

2.1.1 Tipos de desgaste.

• Desgaste por adherencia.

Esta forma de desgaste ocurre cuando dos superficies se deslizan una contra

otra bajo presión. Los puntos de contacto (ver figura 3.2), proyecciones

microscópicas o la aspereza de la unión en la interface donde ocurre el deslizamiento

debido a los altos esfuerzos localizados, llevan a que las fuerzas de deslizamiento

fracturen la unión, desgarrando al material de una superficie y transfiriéndolo a otra,

lo que puede ocasionar posteriormente mayor daño. En la siguiente (imagen 3.2) nos

muestra algunas formas de cómo aplicar el desgaste abrasivo.

Fig. 2.1.1 Desgaste adhesivo.

11T.S.U. MANTENIMIENTO INDUSTRIAL MIGUEL ANGEL BERNAL ENRÍQUEZ

Construcción de máquina de desgaste por abrasión y fatiga según la norma astm g-65

Page 25: Construcción De Máquina Para Ensayos De Desgaste Por Abrasión Y Fatiga

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE ZACATECAS

• Desgaste por abrasión.

Es la remoción de material de la superficie en contacto por superficies duras

en superficies de coincidencia, o con superficies duras que presentan un movimiento

relativo en la superficie desgastada. Cuando es el caso de partículas duras, ellas

pueden encontrarse entre las dos superficies que se deslizan entre sí como se

muestra en la figura 8 o se podrían incrustar en cualquiera de las superficies. Es

conveniente aclarar que este tipo de desgaste se puede presentar en estado seco o

bajo la presencia de un fluido.

Fig. 2.1.2 Desgaste abrasivo.

• Desgaste por ludimiento.

Esta forma de desgaste aparece como resultado del movimiento oscilatorio de

dos superficies en contacto, como sucede en máquinas donde existe vibración entre

las partes.

12T.S.U. MANTENIMIENTO INDUSTRIAL MIGUEL ANGEL BERNAL ENRÍQUEZ

Construcción de máquina de desgaste por abrasión y fatiga según la norma astm g-65

Page 26: Construcción De Máquina Para Ensayos De Desgaste Por Abrasión Y Fatiga

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE ZACATECAS

• Desgaste por fatiga.

Es probable que el modo predominante de la mayoría de los tipos de desgaste

sea por desprendimiento de material de la superficie por fatiga, ya sea que la

naturaleza del movimiento sea unidireccional o de vaivén. Clasificar un tipo particular

de falla como desgaste por fatiga puede ser confuso. Sin embargo, a fin de hacer un

clasificación, el término desgaste por fatiga se reserva para identificar la falla de

contactos lubricados en casos como los rodamientos de bolas o rodillo, engranes,

levas y mecanismos impulsores de fricción. La pérdida de material es por

desprendimiento de superficiales y por picaduras, como en los engranes.

Se piensa que las grietas por fatiga aparecen debajo de la superficie en un punto en

que el esfuerzo cortante es máximo.

Fig. 2.1.3 Ejemplo de desgaste por fatiga.

13T.S.U. MANTENIMIENTO INDUSTRIAL MIGUEL ANGEL BERNAL ENRÍQUEZ

Construcción de máquina de desgaste por abrasión y fatiga según la norma astm g-65

Page 27: Construcción De Máquina Para Ensayos De Desgaste Por Abrasión Y Fatiga

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE ZACATECAS

• Desgaste por erosión.

Este tipo de desgaste ocasiona pérdidas de material en la superficie por el

contacto con un líquido que contiene en suspensión cierta cantidad de partículas

abrasivas como se muestra en la (figura 3.4), siendo esencial el movimiento relativo

entre el fluido y la superficie, ya que la fuerza de las partículas, que de hecho son

responsables del daño, se aplica cinéticamente. En el desgaste erosivo es donde el

movimiento relativo de las partículas sólidas es casi paralelo con las superficies

erosionadas se denomina erosión abrasiva, por otro lado, la erosión en la que el

movimiento relativo de las partículas es casi normal (perpendicular) a la superficie

erosionada se conoce como erosión bajo impacto.

Fig. 2.1.4 Ejemplo del desgaste erosivo.

14T.S.U. MANTENIMIENTO INDUSTRIAL MIGUEL ANGEL BERNAL ENRÍQUEZ

Construcción de máquina de desgaste por abrasión y fatiga según la norma astm g-65

Page 28: Construcción De Máquina Para Ensayos De Desgaste Por Abrasión Y Fatiga

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE ZACATECAS

• Desgaste corrosivo.

En esta forma de desgaste las reacciones químicas o electroquímicas con el

medio ambiente contribuyen significativamente en la velocidad del desgaste. En

algunas ocasiones, las reacciones químicas ocurren primero y son seguidas por una

remoción de los productos de la corrosión mediante una acción mecánica (abrasión),

de otra manera, la acción mecánica podría preceder a la acción química dando como

resultado la creación de pequeñas partículas de desperdicio.

Fig. 2.1.5 Principio del desgaste corrosivo.

2.1.2 Factores que afectan las características del desgaste.

Según Raymond g. Bayer, (2000) el comportamiento del desgaste no solo depende

de la dureza, la temperatura y la carga; además existen otros factores de igual

importancia que afecta o determinan las características del desgaste que son:

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1. Variables relacionadas con la metalurgia.

Dureza.

Tenacidad.

Constitución y estructura.

Composición química.

2. Variables relacionadas con el servicio.

Materiales en contacto.

Presión.

Velocidad.

Acabado de la superficie.

3. Otros factores que contribuyen.

Lubricación.

Corrosión.

2.1.3 Desgaste en la industria.

El desgaste es un fenómeno inevitable, que se presenta en todo momento en que

dos superficies interactúan. Normalmente, el desgaste no ocasiona fallas violentas,

pero generan consecuencias funcionales, tales como:

Reducción de la eficiencia.

Mayor consumo de energía.

Perdida de potencia y la generación de calor en los componentes debido al

aumento de los coeficientes de fricción.

Incremento del consumo de lubricantes.

Remplazo de componentes desgastados.

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Si se considera las pérdidas de eficiencia y el aumento en el consumo de

energéticos, así como el reemplazo de piezas desgastadas y los tiempos muertos de

las maquinas; puede determinar su impacto económico. Por ello, en la actualidad la

industria e n general, se ha interesado en los estudios y beneficios tribológicos, que

se pueden tener, si son bien aplicados.

2.2 ABRASIÓN.

Acción mecánica de rozamiento y desgaste que provoca la erosión de un material o

tejido.

En geología, la abrasión marina es el desgaste causado a una roca por la

acción mecánica del agua cargada por partículas procedentes de los derrubios. Es

importante, sobre todo, en la formación de costas abruptas. Batidas por el mar, éstas

retroceden y las piedras desprendidas del acantilado, arrastradas con movimientos

de vaivén por las olas, tallan al pie del mismo una plataforma de abrasión que

desciende con ligera pendiente hacia el mar.

La abrasión glaciar es la erosión del lecho de un glaciar por los materiales

sólidos inclusos en el hielo y arrastrados por el mismo; cuando se trata de granos

finos, llamados harina glaciar, la roca del cauce adquiere con el tiempo un pulimento

glaciar.

2.2.1 Resistencia a la abrasión.

Es una característica que tienen algunos materiales que tienen dificultad en el

desgaste por medios mecánicos, por ejemplo el cromo es resistente a la abrasión por

eso piezas que tienen que ser protegidas en su superficie se recubren con un

material resistente para protegerlo, los cristales de los lentes son objetos que si se

rayasen por la abrasión de la arena o el polvo dejarían de funcionar, por lo que se les

da un baño de algún material resistente a la abrasión que además en ese caso debe

ser transparente, a veces no es necesario recubrir una pieza para darle resistencia al

abrasión, basta con algún tratamiento térmico.

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2.3 MATERIALES ABRASIVOS.

Los dos requisitos que debe tener un abrasivo son dureza y agudeza, el abrasivo

debe ser más duro que el material a desgastar. Una dureza excesiva más allá del

150% de la dureza de la pieza a trabajar no incrementara la velocidad de desgaste,

aunque si prolongara la vida útil “afilada” del abrasivo, mismo que con el transcurso

del tiempo va perdiendo su capacidad de corte. La tabla 2.1 muestra la dureza de

algunos materiales adecuados para aplicaciones de desgaste por abrasión (Robert L.

Norton, 1999).

Un "abrasivo" es una sustancia que tiene como finalidad actuar sobre otros

materiales con diferentes clases de esfuerzo mecánico por ej. Triturado, (molienda),

corte y pulido. Es de elevada dureza y se emplea en todo tipo de procesos,

industriales y artesanales.

Los abrasivos, que pueden ser naturales o artificiales, se clasifican en función

de su mayor o menor dureza. Para ello se valoran según diversas escalas, la más

utilizada de las cuales es la escala de Mohs, establecida en 1820 por el mineralogista

alemán Friedrich Mohs.

Entre los abrasivos se encuentran el óxido de aluminio (alúmina), la arena, el

carburo de silicio, el nitruro de boro cúbico, y el diamante.

Un ejemplo de abrasivo es el esmeril, que está compuesto en su mayoría de

óxido de aluminio. El cual se utiliza para fabricar lija y para procesos de corte con

agua en alta presión. Los elementos básicos que afectan en la operación de corte y

rendimiento de las ruedas de esmeril son: tipo y tamaño de grano, liga o aglutinante,

la dureza y su estructura.

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Grano. El grano es el elemento que efectúa el trabajo de corte y desbaste.

Para saber elegir un grano es importante considerar su tamaño y su tipo. Existen los

granos naturales y los manufacturados, entre los naturales están los diamantes,

esmeriles, areniscas, corindón y cuarzos. Generalmente contienen porcentajes

grandes de impurezas las cuales podrían hacer difícil la acción de corte y desbaste.

Los granos manufacturados se elaboran por métodos controlables en hornos de arco

eléctrico por lo que la calidad y características de una rueda cumple ciertos

requerimientos del rectificado. Se emplean materiales como óxido de aluminio,

carburo de silicio, circonio y materiales cerámicos.

Ya que el grano es el elemento primordial del abrasivo es importante

considerar el tamaño que se utilizará. Este, está determinado por el número de malla

por pulgada lineal que tiene el tamiz a través del cual pasa el grano en cuestión. El

uso de abrasivos de grano grueso sirve para materiales suaves, de desbaste rápido,

cuando el acabado no es importante y para abarcar grandes áreas de contacto. Por

el contrario, el grano fino sirve para materiales duros, frágiles y quebradizos como

aceros, carburos cementados y vidrio, para acabados finos, para pequeñas áreas de

contacto y para mantener pequeños perfiles.

Lija. La lija o aglutinante es el material de soporte que sostiene el grano

pegado al material abrasivo. Se utilizan diversos tipos de aglutinantes, desde yeso o

cerámica en algunas piedras abrasivas hasta materiales sintéticos. Es importante

considerar la dureza del material; este es el límite de resistencia con que el material

de liga sujeta los granos en la forma de una rueda. También es una medida de

resistencia del esfuerzo compuesto del material de lija y granos con las tensiones del

rectificado. Esta se puede indicar por medio de letras, empezando con A, B, C, D,

etc. como las más blandas y terminando con X, Y, Z como las más duras.

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Tab. 2.2. Materiales abrasivos.

2.3.1 Materiales resistentes a la abrasión.

Algunos materiales para ingeniería son más adecuados que otros para aplicaciones

de desgaste por abrasión, principalmente con base en su dureza. No obstante, la

dureza suele venir acompañada la fragilidad y, por lo tanto, su resistencia al impacto

o a cargas por fatiga puede ser inferior a lo óptimo.

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Tab. 2.2.1 Materiales resistentes a la abrasión.

2.4 FRICCIÓN.

Según Felipe Díaz (2007) Se define como fuerza de rozamiento o fuerza de fricción

entre dos superficies en contacto a la fuerza que se opone al movimiento de una

superficie sobre la otra (fuerza de fricción cinética) o a la fuerza que se opone al

inicio del movimiento (fuerza de fricción estática). Las fuerzas de fricción son

importantes en la vida cotidiana ya que nos permiten caminar y correr. Toda fuerza

de fricción se opone a la dirección del movimiento relativo.

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2.4.1 Tipos de rozamiento.

Según Felipe Díaz (2007) menciona que Existen dos tipos de rozamiento o fricción,

la fricción estática y la fricción dinámica o cinética.

2.4.2 Valores de los coeficientes de fricción.

Los coeficientes de rozamiento estático y dinámico dependen de las condiciones de

preparación y de la naturaleza de las dos superficies y son casi independientes del

área de la superficie de contacto, proporcionándose en la tabla 1, el valor de algunos

de ellos.

Tab. 2.4.2 Parámetros de contacto en los materiales.

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2.4.3 Rozamiento entre superficies de sólidos.

Felipe Díaz (2007) mencionan las Leyes de rozamiento para cuerpos sólidos.

• La fuerza de rozamiento es de igual dirección y sentido contrario al

movimiento del cuerpo.

• La fuerza de rozamiento es prácticamente independiente del área de la

superficie de contacto.

• La fuerza de rozamiento depende de la naturaleza de los cuerpos en

contacto, así como del estado en que se encuentren sus superficies.

• La fuerza de rozamiento es directamente proporcional a la fuerza normal que

actúa entre las superficies de contacto.

• Para un mismo par de cuerpos, el rozamiento es mayor en el momento de

arranque que cuando se inicia el movimiento.

• La fuerza de rozamiento es prácticamente independiente de la velocidad con

que se desplaza un cuerpo sobre otro.

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2.5 CONTACTO MECÁNICO.

Según (BAYER G. RAYMOUN, 2000) El comportamiento de los fenómenos de la

fricción y desgaste que se manifiesta en las superficies de los sólidos que se

encuentran en contacto y movimiento relativo. Así como las propiedades

geométricas, mecánicas, físicas y químicas de los mismos. Las primeras involucran

lo referente a las formas y al contacto de las superficies así como la distribución y

configuración de las asperezas en la superficie. Las segundas, incluyen los módulos

de elasticidad, dureza, parámetros de fatiga, etc. Mientras las terceras, se ocupan de

las características de endurecimiento y las constantes de difusión en materiales. Por

último las propiedades químicas hacen referencia a la composición y polaridad de las

superficies.

El contacto mecánico se encuentra dentro de los parámetros geométricos, se

presentan cuando dos superficies se encuentran deslizando una con respecto a la

otra, existen dos áreas de contacto, la aparente y la real, donde la primera es el área

de las superficies que están en contacto, como la muestra la figura (2.5).

Fig. 2.5 ejemplo de contacto mecánico.

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Mientras que para el área es necesario considerar que la superficie no son

completamente planas y presentan rugosidades, lo que ocasionan que el contacto

solo ocurra en algunos puntos donde coinciden las crestas respectivas de ambas

superficies. Para determinar a esta, es necesario sumar todos los micro contactos,

los cuales son una pequeña parte del ares aparente de contacto de dichas

superficies; como muestra la figura (3.11). En la figura se observa como varia el área

real de contacto cuando se incrementa la fuerza normal.

Fig. 2.5.1 Especificación del ares de contacto en el desgaste mecánico.

2.6 TIPOS DE MÁQUINAS PARA REALIZAR ENSAYOS DE DESGASTE.

Según Edwin Gonzales (2003) nos explica que Existen diferentes tipos de máquinas

para realizar ensayos de desgaste algunas de las principales son:

a) Espiga sobre mesa oscilante (Fig. 2.6).

Esta máquina está constituida por los siguientes elementos: una superficie

plana capaz de moverse en las direcciones de la flecha (1), la espiga (2) está fija en

un anillo (5), la carga normal se aplica por medio del tornillo (3) y ésta se evalúa por

la deflexión del anillo, un brazo horizontal (4) fijo a una suspensión bifilar está

también fijo al anillo (5) y el arrastre friccional provoca una deflexión que se puede

medir.

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Fig. 2.6 Máquina de desgaste por mesa oscilante.

b) Espiga sobre buje (Fig. 2.6.1).

En esta máquina la espiga (2) se fija a una barra horizontal de carga (3).

Luego de sujetada la espiga se coloca sobre un buje rotatorio (1). La barra de carga

está fija a un resorte (4) y el otro extremo está fijo a un soporte rígido (5). El arrastre

friccional hace que el resorte se estire y éste mueve una aguja (6) la cual se

encuentra unida a un trozo de hierro suave suspendido en un campo magnético. La

deflexión de la aguja debido a la fricción hará que el núcleo se mueva provocando un

cambio de fuerza del campo inducido. La señal resultante se puede amplificar y

registrar.

Fig. 2.6.1 Máquina de desgaste tipo espiga sobre buje.

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c) Cilindros cruzados (Fig. 2.6.2).

En esta máquina una espiga es cilíndrica (1) y se coloca sobre un cilindro

giratorio de mayor diámetro. La espiga se encuentra acoplada a un resorte (2) el cual

se deforma debido al arrastre friccional, dicha deformación es censada por un

transductor (3).

Fig. 2.6.2 Máquina de desgaste por cilindro cruzado.

d) Espiga sobre cilindro (Fig. 2.6.3).

Esta máquina está constituida por una espiga de geometría cilíndrica o

hemisférica (1) que esta acoplada sobre un cilindro, que gira a determinadas rpm. La

deflexión de la espiga debida a la fricción se mide por medio de transductores o

calibradores de deformación acoplados a la sección reducida (2).

Fig. 2.6.3 Máquina de desgaste por espiga en cilindro.

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e) Máquina de cuatro bolas.

El propósito principal de esta máquina es evaluar las propiedades

antiadherentes de los aceites, pero también puede utilizarse para determinar la razón

de desgaste, esta máquina funciona así: en un anillo se colocan tres bolas de acero

de 12.5 mm de diámetro que está en contacto entre sí y una cuarta bola se fija al

extremo de una barra vertical, la cual queda en contacto con las otras tres bolas

inferiores. Una palanca que soporta un peso ajustable comprime las tres bolas

estacionarias sobre la cuarta y el momento de torsión que se transmite se mide

durante la rotación de la barra vertical. El coeficiente de fricción se registra durante la

prueba y se miden las huellas causadas por el desgaste sobre las tres bolas.

f) Máquina de discos.

En la máquina de discos, se hace rotar un disco sobre otro, con una carga

dada, tal como normalmente se hace para simular estudios de diseño de engranes.

Un disco se encuentra sobre un rodamiento rígido, mientras que el otro se sujeta a

un dispositivo oscilante.

g) Máquina de espiga sobre disco.

Esta máquina es usada para pruebas de desgaste (Fig. 2.6.4), en ella la

espiga (1) se coloca perpendicularmente a un disco giratorio (2). Las variables que

rigen las pruebas son la carga normal, la velocidad de deslizamiento, la atmósfera y

la temperatura ambiente. La cantidad de desgaste puede establecerse pesando la

espiga en una balanza analítica.

Fig. 2.6.4 Máquina de desgaste de espiga sobre disco.

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2.7 SOLIDWORKS.

SolidWorks es un programa de diseño asistido por computadora para modelado

mecánico desarrollado en la actualidad por SolidWorks Corp., una subsidiaria de

Dassault Systèmes (Suresnes, Francia), para el sistema operativo Microsoft

Windows. Es un modelador de sólidos paramétrico. Fue introducido en el mercado en

1995 para competir con otros programas CAD, como Pro/ENGINEER, NX, Solid

Edge, Autodesk Inventor, CATIA.

El programa permite modelar piezas y conjuntos y extraer de ellos tanto

planos técnicos como otro tipo de información necesaria para la producción. Es un

programa que funciona con base en las nuevas técnicas de modelado con sistemas

CAD. El proceso consiste en trasvasar la idea mental del diseñador al sistema CAD,

"construyendo virtualmente" la pieza o conjunto. Posteriormente todas las

extracciones (planos y ficheros de intercambio) se realizan de manera bastante

automatizada.

La empresa SolidWorks Corp. fue fundada en 1993 por Jon Hirschtick con su

sede en Concord, Massachusetts2 3 y lanzó su primer producto, SolidWorks 95, en

1995. En 1997 Dassault Systèmes, mejor conocida por su software CAD CATIA,

adquirió la compañía. Actualmente posee el 100% de sus acciones y es liderada por

Jeff Ray.

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Tab. 2.7.1 Versiones de SolidWorks.

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CAPITULO IIIDESARROLLO DEL PROYECTO.

3.1 CONSIDERACIONES PARA REALIZAR PRUEBAS DE DESGASTE.

Las razones más comunes por las que hay que realizar pruebas de desgaste, son

para obtener datos experimentales para ser aplicados a un fin específico, como es el

conocer la vida útil de elementos de máquina sometidos a desgaste, evaluar los

costos de mantenimiento y obtener un funcionamiento más confiable del sistema. De

igual forma estas permiten estudiar y evaluar los mecanismos de desgaste que se

presentan. Se puede determinar y caracterizar el comportamiento del desgaste.

La fiabilidad de las pruebas dependen de la selección del tipo y nivel de la

misma una forma de corroborar lo anterior, es realizando un análisis comparativo

entre las piezas desgastadas y las probetas que son sometidas a un proceso

determinado de desgaste. Para huellas de desgaste similar, el mecanismo que lo

genero debe ser el mismo. Motivo por el cual, la probeta de desgaste no son únicas

ni universales, sino que es el resultado de las necesidades dirigidas a situaciones

específicas. Por otro lado existe la normatividad de tribómetros, donde se establece

parámetros para diferentes tipos de pruebas. Esto con el fin de estandarizar y poder

cotejar los datos obtenidos en diferentes instituciones y centros de investigación.

3.2 PARÁMETROS BÁSICOS PARA PRUEBAS DE DESGASTE.

Existen tres tipos de parámetros básicos, los cuales se conoces como: estructurales,

operacionales y de interacción.

Parámetros estructurales, establecen la configuración básica de un sistema y

consta de cuatro elementos: dos triboelementos, un elemento interfacial y el medio

ambiente. Esto se agrupa en dos grupos: donde el primero establece las propiedades

del triboelemento, tales como:

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Parámetros químicos: Composición química, composición de la superficie.

Parámetros físicos: conductividad térmica.

Parámetros mecánicos: módulo de elasticidad, dureza, etc.

Parámetros geométricos: geometría. Dimensiones, topografía de la superficie.

Parámetros micro estructurales: tamaño de grano, dislocaciones.

El segundo grupo establece las propiedades de los elementos interfaciales

(fluidos o lubricantes) y el medio ambiente.

Parámetros químicos: composición química, adhesión, acidez y humedad.

Parámetros físicos: densidad, conductividad, térmica.

Parámetros mecánicos: viscosidad, características viscosidad-temperatura y

viscosidad- presión.

Además de estas es necesario que los equipos tengan las siguientes características:

Rentabilidad: es la facultad de reproducir los mismos resultados de las

pruebas obteniéndolos con el mismo método, material y con las mismas

condiciones en un mismo tribómetro.

Reproductividad: es la facultad de reproducir los mismos resultados de las

pruebas, obteniéndolos con el mismo método, material y las mismas

condiciones, pero en diferentes laboratorios y operadores

3.3 LAS CARACTERÍSTICAS DE LA ARENA.

La arena con la que se realiza la práctica debe ser arena AFS 50/70, es decir cumplir

con las especificaciones mostradas en la tabla, uno de los requisitos fundamentales

para la realización de la prueba, es que la arena este completamente seca, la

humedad relativa debe ser menor o igual al 0.5%.

El flujo de arena para la prueba debe estar entre 300 a 400 gpm, esta variable,

es garantizada por la sección de salida de la de la boquilla, para lo cual debe

examinarse que no se encuentre tapada, o con cualquier defecto que modifique el

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área de salida de la arena ya que esto ocasionara medidas erróneas. Antes de

comenzar la prueba se debe garantizar una cortina uniforme de arena (flujo laminar).

Tab. 3.1 características de la arena de abrasión.

3.4 DISEÑO DE LA MÁQUINA.

Para el diseño de esta máquina se seleccionó un motor de un caballo de fuerza, 2

chumaceras de 1 pulgada además un disco de acero 1020. La regulación de la

velocidad de rotación del motor se hizo por reducción por medio de poleas.

3.5 ANÁLISIS DE LA RESISTENCIA DE LA ESTRUCTURA.

Para la construcción de la estructura se utiliza un tubo cuadrado PTR de 30 x 30, 2

de espesor, el cual nos basaremos con un acero estructural ASTM A 36. El diseño de

la estructura la diseñaremos aproximándonos a un modelo real con un programa de

diseño llamado SolidWorks el cual nos ayudara a simular y tener más a detalle todo

lo relacionado a la maquina en el ámbito del diseño.

3.6 DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO.

El equipo utilizado o a realizar será desarrollado el practicante con la ayuda del

cuerpo académico de la maestría en ingeniera aplicada en procesos y manufactura

de la universidad autónoma de zacatecas basándonos en la norma ASTM G-65 para

la configuración y especificaciones del equipo, para realizar pruebas de desgaste

abrasivo en condiciones secas. En la figura siguiente se muestra el esquema

propuesto por la norma antes mencionada.33

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Fig. 3.1 Componentes importantes de la máquina según la norma ASTM G-65

En la figura siguiente se muestra el tipo de máquina diseñada y utilizada para la

realización de la prueba, donde se señalan sus componentes.

Disco metálico con recubrimiento de hule. Consiste en un disco de acero con hule

vulcanizado en su borde; presentando una alta resistencia al esfuerzo y gran

elasticidad; además tiene mayor resistencia a los cambios de temperatura en

comparación con los no vulcanizados. También es impermeable a los gases y resiste

la abrasión, la acción química y la electricidad.

Fig. 3.2 prototipo de la máquina ASTMG-65

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Fig. 3.3 Motor para la máquina de desgaste.

Fig. 3.4 Control de velocidad para la máquina de desgaste.

1. Disco metálico con recubrimiento de hule. Consiste en un disco de acero

con hule vulcanizado en su borde; presentando una alta resistencia al esfuerzo y

gran elasticidad; además tiene mayor resistencia a los cambios de temperatura en

comparación con los no vulcanizados. También es impermeable a los gases y resiste

la abrasión, la acción química y la electricidad.

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2. Tolva de almacenamiento del abrasivo. El tipo de abrasivo puede ser

granalla de acero, entre otros existentes.

3. Porta probetas y brazo de palanca. El porta espécimen es sujetado al brazo

de palanca donde se coloca la pesa, que se emplea como carga, de modo que ésta

se aplica durante todo el ensayo a lo largo de la línea horizontal del diámetro del

disco.

4. Motor. Debe asegurar que el momento de rotación completo es entregado

durante la prueba. El rango de revoluciones (200 r.p.m.), debe permanecer constante

durante la aplicación de carga total y el ensayo respectivo.

5. Control. El prototipo está equipado con un tacómetro que indica el número

de revoluciones del disco. El contador incremental tiene la capacidad de detener la

máquina después de que un número preseleccionado de ciclos del disco.

3.7 PROCEDIMIENTO PARA EL DESGASTE ABRASIVO

Para este tipo de prueba de desgaste inicialmente se utilizó el siguiente

procedimiento:

Después de tratamiento térmico, es necesario la limpieza de las probetas, en

el caso de las probetas boruradas, es necesario el removimiento de los

residuos de sales boro por medio de un ligero lijado.

Para determinar el peso inicial de cada probeta inicial de cada probeta se

emplea una balanza analítica. Se requiere repetir por tres ocasiones el peso y

determinar su promedio.

Antes de iniciar cada prueba se debe de limpiar la máquina a fin de eliminar

contaminación o residuos de pruebas anteriores

Además de seguir el siguiente procedimiento:

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Establecer el flujo de arena.

Fijar la probeta en la porta probeta.

Iniciar la dosificación de arena.

Establecer el contacto mecánico entre el disco y probeta:

simultáneamente, encender el contador electrónico.

Al terminar el número de ciclos programados, se separa la probeta del

disco, para evitar seguir desgastando la probeta.

Suprimir el flujo de arena.

Apagar el motor eléctrico.

Retirar la probeta.

Limpiar la probeta con alcohol, para retirar los residuos y el abrasivo;

segundo de un tiempo de secado aproximado de 3 minutos.

Pesar cada probeta por mínimo de tres veces, si los valores son en forma

de descendentes, es posible que la probeta no esté completamente seca.

Como la probeta son por pérdida de masa acumulada, es necesario repetir

el proceso, por lo tanto la probeta se tiene que colocar en la misma

posición y con la misma dirección de deslizamiento.

En la figura se muestra la balanza analítica con una exactitud de 0.0001gr.

La cual se empleara para determinar la pérdida de masa, mediante la

diferencia del peso antes y después de la prueba de desgaste.

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Fig. 35 Balanza analítica para la medición del peso de las probetas.

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