Categoría: Diseño mecánico

Selección de materiales en la fase de diseño

Los materiales disponibles en ingeniería son muchos y muy diversos. Se distinguen fundamentalmente por su composición química, su estado (sólido, líquido o gas) y su estructura interna.

En este caso nos centraremos en los sólidos por ser los más empleados en el diseño de máquinas y componentes, debido sobre todo a su capacidad para desempeñar funciones estructurales.

La selección de los materiales para las distintas piezas o componentes es una parte fundamental y el éxito de nuestro diseño va a depender en gran medida de realizarla correctamente.

A continuación listaremos y detallaremos brevemente los principales factores a tener en cuenta:

– Función y ciclo de vida del componente: Lo primero a tener en cuenta es que el material debe responder a las exigencias a las que la pieza va a estar sometida. Debemos atender a sus características físicas y propiedades:

  • Densidad: relación entre la masa y el volumen del material, fundamental porque nos definirá entre otros aspectos el peso.
  • Propiedades mecánicas: comportamiento del material frente a agentes externos (elasticidad, plasticidad, maleabilidad, ductilidad, dureza, tenacidad y fragilidad)
  • Propiedades térmicas: determinan el comportamiento de los materiales frente al calor o temperatura ambiente (calor especifico, dilatación térmica, capacidad calorífica, conducción térmica, temperaturas especificas…)
  • Propiedades eléctricas: comportamiento al pasar por él la corriente eléctrica (conductividad, resistividad, propiedades magnéticas, propiedades dieléctricas…)
  • Propiedades ópticas: son las que se ponen de manifiesto al incidir sobre ellos la luz (transmisividad, absortividad, reflectividad…)

 

Procesos de fabricación y/o conformación: Es importante tener en cuenta los procesos mediante los cuales vamos a trabajar el material de partida. Aunque inicialmente reúna las propiedades requeridas debemos prestar atención a que tras estos procesos pueden sufrir variaciones que las mermen o potencien. También debemos elegir un material para el cual los medios de transformación estén a nuestro alcance y tengan unos costes razonables.

Coste y suministro: Será fundamental tener en cuenta que el material escogido se adapte a nuestro presupuesto y que las condiciones de suministro nos sean favorables. Podemos encontrarnos con materiales equivalentes y debemos valorar entonces la mejor relación calidad-precio y asegurarnos además de que vamos a conseguir el material dentro del plazo necesario.

Acabados y otros aspectos sensoriales: El acabado que queramos dar al producto o máquina condicionará también la elección del material. Si cabe, este factor será menos determinante que los anteriores pero cada día es mayor la importancia que se otorga a la percepción por parte del usuario. Encontraremos materiales con colores y texturas más o menos atractivas, con mayor o menor facilidad de realizarle operaciones de acabado, posibilidad de acabados pintados o lacados, mayor o menor sensación de solidez, mejor o peor tacto, etc.

Reciclaje e impacto ambiental: Quizás el condicionante que más peso está ganando actualmente. La sensibilidad medioambiental tanto de las personas como de las empresas va en aumento y es por ello que se procuran materiales con menor impacto ambiental tanto en su obtención como en su transformación y se priorizan aquellos que generan menos residuos y que pueden ser reciclados al final de su vida útil.

Desde Probotec queremos aportar nuestro grano de arena para alcanzar una industria y un mundo más sostenible y para ello contamos con la certificación ISO 14001 cuyo objetivo es controlar los aspectos ambientales, reducir impactos y asegurar el cumplimiento legal en materias de Medio Ambiente. Hemos elaborado procedimientos de gestión medioambiental para todos los residuos generados directa o indirectamente y exigimos a todos nuestros proveedores una correcta gestión de los mismos.

 

 

– Otros condicionantes posibles: Como cada proyecto es un mundo pueden surgir diferentes condicionantes a mayores de los anteriores. Un par de ejemplos pueden ser el grado de innovación (en función de la posibilidad de investigar y experimentar con nuevos materiales) o el ambiente de trabajo de la máquina (diferentes grados de humedad o salinidad y exposición a temperaturas extremas).

Alfredo Blanco Veiga, Departamento de Diseño Mecánico PROBOTEC.

Ejemplo acotacion

Tolerancia Zero

Tolerancia Zero. La importancia de las tolerancias en la construcción mecánica.

Este post es una breve introducción a las tolerancias en el mundo del diseño y la construcción mecánica, intentando aclarar qué son, cuál es su utilidad y el por qué de su importancia.

La definición y normativización de las tolerancias surge para dar respuesta a la necesidad de generar piezas estandarizadas que puedan ser enlazadas unas con otras y generar conjuntos, mecanismos, u otras construcciones. También permitir la sustitución de piezas deterioradas por nuevos recambios que cumplan a la perfección manteniendo el funcionamiento del conjunto.

A la hora de realizar un diseño mecánico empezamos con un croquis donde hacemos una aproximación visual de la pieza, posteriormente escalamos este croquis y le damos las medidas necesarias para que el diseño funcione y generamos un modelo tridimensional. Aunque en nuestro “modelo virtual” las formas son perfectas no debemos olvidarnos de que en la realidad es imposible obtener estas formas perfectas. El grado de aproximación a la perfección vendrá definido por las exigencias funcionales de la pieza y su coste de fabricación, para obtener piezas más precisas necesitamos materiales y procesos productivos más caros, que a veces pueden estar por encima del coste límite de la pieza.

Por otro lado, es imposible fabricar dos piezas con dimensiones absolutamente iguales debido a que en la construcción de estas intervienen diferentes factores como pueden ser: la propia naturaleza del material a partir del cual se fabrica, las características y precisiones de cada una de las máquinas que intervienen en la fabricación o los diferentes procesos de fabricación que se siguen para fabricarla.

Para dar solución a esto se estipulan una serie de intervalos que definen si la pieza es o no válida, estos intervalos vienen definidos por las necesidades geométricas y mecánicas de la pieza y se indican sobre plano con respecto a la cota nominal, son las tolerancias.

 

A nivel mecánico consideramos principalmente dos tipos de tolerancias:

Las tolerancias dimensionales que se definen como la cantidad total que es permitido variar en la fabricación una dimensión especificada en el plano según la cota nominal.

Plano acotado

Mediante estas se establece un límite superior y otro inferior, dentro de los cuales tienen que estar las piezas buenas. Según este criterio, todas las dimensiones deseadas, llamadas también dimensiones nominales, tienen que ir acompañadas de unos límites, que les definen un campo de tolerancia. Muchas cotas de los planos llevan estos límites explícitos, a continuación del valor nominal.

Ejemplo cota

Ejemplo de acotación:

50         Cota nominal

+0.5      Límite superior

-0.1       Límite inferior

 

Por lo tanto serían admisibles todos los valores entre 49.99 y 50.05

También se pueden encontrar las tolerancias dimensionales expresadas con letras, esto obedece a la acotación ISO y se utiliza generalmente para acotar ejes y agujeros.

Ejemplo acotacion

En este caso las letras “F” y “h” definen la posición (superior (positiva) o inferior (negativa)) y los números “7” y “6” el grado de calidad (límites).

Debemos buscar estas correspondencias de las letras y número presentes en la cota en las tablas ISO a tal efecto, aunque en este caso del ejemplo se especifica también numéricamente.

 

IMPORTANTE: la letra minúscula siempre irá referida a ejes y la mayúscula a agujeros.

Las tolerancias geométricas son aquellas que acotan la forma de las superficies de la pieza y la posición relativa entre ellas. Se especifican para aquellas piezas que han de cumplir funciones importantes en un conjunto y de las que puede depender la fiabilidad del producto.

Estas tolerancias pueden controlar formas individuales o definir relaciones entre distintas formas. Es usual la siguiente clasificación de estas tolerancias:

  • Formas primitivas: rectitud, planicidad, redondez, cilindricidad
  • Formas complejas: perfil, superficie
  • Orientación: paralelismo, perpendicularidad, inclinación
  • Ubicación: concentricidad, posición
  • Oscilación: circular radial, axial o total

Estructura de acotación tolerancia geométrica:

Cota tolerancia

Ejemplo:

Tolerancia Dimensional

 

En esta cota vemos como se requiere una tolerancia angular de valor 0.1 con respecto a la superficie de referencia A.

 

Si suponemos que el ángulo entre ellas es de 45º, lo admisible en este caso sería una angularidad de entre 44.9º y 45.1º

 

 

A continuación una tabla con los diferentes símbolos de características geométricas y sus correpondencias:

Representaciones geometricas

Por último, destacar que todas aquellas cotas de un plano que no tienen indicada explícitamente una tolerancia se rigen por la norma indicada en el cajetín del plano:

Alfredo Blanco Veiga, Departamento de Diseño Mecánico PROBOTEC.