Manual de Laboratorios de Materiales y Procesos de Manufactura Final 2019

MATERIALES Y PROCESOS DE MANUFACTURA

Ing. José G. Trujillo Jaramillo Mg.

GUÍA DE PRÁCTICAS. MATERIALES Y PROCESOS DE MANUFACTURA

Manual de Laboratorio

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MATERIALES Y PROCESOS DE MANUFACTURA

( 2019 Primera Edición) Ing. José Trujillo Jaramillo Mg.

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DEDICATORIA. “TODO EL BIEN DEL MUNDO DEPENDE DE LA BUENA FORMACIÓN DE LA JUVENTUD” San Ignacio de Loyola Este trabajo fue realizado con mucho esfuerzo y cariño, en beneficio de la juventud que se forma en la Escuela Técnica de la Fuerza Aérea, dentro de la Carrera de Tecnología Superior en Ciencias Militares Aeronáuticas, porque esta Escuela de Formación Militar se merece lo mejor del mundo.

AGRADECIMIENTO. Quiero expresar mi sincero agradecimiento a Dios, a mi familia Luli, José Ignacio y Karlita que son el pilar y la razón de mi vida. Al señor Tcrn. E.M.T. Avc. Jorge Pacheco Cabrera, Director de la ETFA, por su apoyo y su gran visión en beneficio de la Escuela Técnica de la Fuerza Aérea.

Ing. José Guillermo Trujillo Jaramillo Mg.

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PRÁCTICA 1: IDENTIFICACIÓN DE MATERIALES CONTENIDOS

Análisis cualitativos y semi cuantitativos de los materiales. OBJETIVOS El estudiante al finalizar la práctica, será capaz de:   

Identificar los diferentes tipos de materiales en base a la comparación visual en un ensayo de chispa, atracción magnética, medición de las densidades y análisis de fractura en las muestras de materiales dados. Comparar sus resultados con información sobre composición y propiedades de materiales con la ayuda de un software para selección de materiales. Identificar algunos materiales utilizados en aeronáutica. MATERIALES Y EQUIPO Item 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

Cantidad 3 3 3 3 3 2 2 2 2 5 5 5 5 1 3 1 1 1 2 1 2 1 1

Descripción Barras cilíndricas de acero AISI 1020 Barras cilíndricas de acero AISI 1045 Barras cilíndricas de acero AISI 4340 Barras cilíndricas de acero AISI 304 Barras cilíndricas de bronce fosfórico Probetas de Aleaciones de Níquel (Inconel, Nimonic o Waspalloy) Probetas de Aleaciones de Titanio (Ti6Al4V) Probetas de Aluminio 2024 Probetas de Aluminio 7075 Probetas de Polímeros Probetas de Vidrio Probetas de Madera (Pino, roble, guayacán) Probetas de cerámicos Gafas de Seguridad (uno por estudiante) Pares de guantes Tenaza de presión Esmeril de banco Balanza electrónica de precisión Probetas de Cristal o plástico graduadas 100ml/500ml Imán permanente Calibradores vernier o pie de rey Lupa o magnificador de imagen Agua destilada

MARCO TEÓRICO En la naturaleza, todos los objetos que nos rodean y tienen masa, están fabricados con una gran variedad de materiales, los mismos que pueden ser clasificados por su origen, sus propiedades, características y posibles aplicaciones. El criterio más adecuado para esta clasificación son las propiedades mecánicas, composición química, físicas, tecnológicas,

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ambientales entre otras. En base a estas consideraciones, los materiales se clasifican en cuatro grandes grupos: metales, polímeros, cerámicos y materiales compuestos, los mismos que en la actualidad se encuentran en constante estudio con la finalidad de mejorar sus propiedades y condiciones de uso. Los metales por lo general no se utilizan en estado puro sino formando aleaciones (unión de dos o más metales), como por ejemplo el acero (hierro y carbono), aleaciones de cobre (bronces y latones), aleaciones de aluminio y aleaciones de titanio.

CERÁMICOS

COMPUESTOS

Plásticos reforzados, matriz metálica con cerámicos, Matriz poliméricas con cerámicas.

TERMOESTABLES

Fenólicos, Resinas epóxicas, Poliamidas, otros

TERMOPLÁSTICOS

Acrílicos, Nylon, Polietilenos, ABS, PLA, PVC, otros

NO FERROSOS

Aluminios, bronces, Titanio; Níquel, Metales puros

Aceros al carbono, Aceros inoxidables y aleados Hierro fundido

FERROSOS

POLÍMEROS

ELASTÓMEROS

Siliconas, cauchos, corchos, poliuretanos, otros

METALES

Diamante, vidrios, grafito, alúmina, óxidos, nitruros, carburo, refractarios, otros.

MATERIALES DE INGENIERÍA

Figura 1. Clasificación de los Materiales

La caracterización e identificación de los materiales puede hacerse de varias maneras:       

Su estructura (cristalina, micrográfica y macrográfica) Temperatura de fusión o solidificación Composición química Dureza Resistencia Transformaciones alotrópicas Otras como densidad, ensayo de chispa y magnetismo

Las propiedades de los materiales y sus características, se las obtienen a través de ensayos y pruebas (destructivas y no destructivas), muchos de los cuales se encuentran normalizados a través de varias normas técnicas emanadas por ASTM, SAE, DIN, AWS, BS y otras entidades técnicas. Los ensayos químicos, permiten determinar la composición de un material de una manera cualitativa y cuantitativa, la naturaleza de su enlace químico y la estabilidad del mismo bajo la existencia o influencia de otros tipos de agentes. Los ensayos mecánicos, permiten determinar la resistencia de los materiales bajo la acción de ciertos esfuerzos y cargas. Los ensayos de tracción, dureza, tenacidad a la fractura, choque o impacto, fatiga son los más conocidos.

GUÍA DE PRÁCTICAS. MATERIALES Y PROCESOS DE MANUFACTURA Los ensayos metalográficos, permiten en analizar y determinar la estructura interna del material mediante ataques químicos y un microscopio. Cuando se analiza y se valora el estado de condición del componente o pieza estructural sin dañar su estructura, se utilizan los ensayos no destructivos, para determinar grietas o imperfecciones internas en el material. Los ensayos de este tipo más conocidos son: tintes penetrantes, partículas magnéticas, rayos X, ultrasonido, corrientes inducidas. Una de las principales preocupaciones en el mantenimiento de las aeronaves son las propiedades de los materiales que forman parte de la estructura y su sistema de propulsión, principalmente de los metales y sus aleaciones como dureza, maleabilidad, ductilidad, elasticidad, tenacidad, densidad, fragilidad, conductividad, etc. Bajo este contexto, esta práctica permite relacionarnos de una manera inicial, con las propiedades de los materiales, realizando los ensayos de magnetismo, chispa y cálculo de la densidad. Prueba de la densidad Cuando se selecciona materiales para la fabricación de elementos de máquinas, es fácil determinar que no todos poseen el mismo peso aunque tengan la misma geometría y dimensiones. La densidad es una de las propiedades básicas de los materiales y se define como la razón entre la masa y el volumen que la contiene. Se define matemáticamente por la siguiente fórmula: 𝑚 𝜌 = Ecuación 1 𝑉 Donde: m: es la masa del material se mide en g o Kg. V: volumen ocupado por el material en cm3, ml o m3. 𝜌: densidad (Kg/m3, g/cm3) La densidad puede medirse de forma directa o indirecta; a través del densímetro se puede tomar la medida de la densidad de un líquido de una manera directa, la balanza hidrostática mide la densidad en sólidos. Para la obtención de la densidad de forma indirecta, se mide la masa con una balanza y el volumen puede realizárselo midiendo la geometría del cuerpo o mediante el desplazamiento de un líquido utilizando el principio de Arquímedes. En el trabajo en aeronaves, se prefiere el peso especificado de un material por pulgada cúbica, ya que esta figura se puede usar para determinar el peso de una pieza antes de la fabricación real. La densidad es una consideración importante al elegir un material que se utilizará en el diseño de una pieza para mantener el peso y el equilibrio adecuados de la aeronave. Ensayo de chispa Este ensayo es aplicable solo para los metales ferrosos, y sirve para identificar de una manera rápida el tipo de acero y el porcentaje aproximado de carbono, aunque no se pueda sustituir al análisis químico para determinar la composición de las aleaciones. La chispa se produce al friccionar una probeta de material ferroso contra un material abrasivo a gran velocidad, en donde se produce un desprendimiento de partículas de material y un fuerte calentamiento focalizado en la zona de fricción, produciendo rayos luminosos, explosiones y chispas de diferentes formas. Este ensayo debe realizarse en condiciones de poca luz, que permita una adecuada visualización del tipo de chispa obtenida.

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GUÍA DE PRÁCTICAS. MATERIALES Y PROCESOS DE MANUFACTURA Cada tipo de acero produce un tipo de chispa característica y mediante la habilidad de la observación de la persona que realiza el ensayo y comparación con patrones definidos en fotografías, pueden determinarse su tipología de una manera adecuada. Los tipos de chispas más características y sus tres etapas de desarrollo se indican a continuación:

Figura 2. Características de los diferentes tipos de chispas Fuente: www.feandalucia.ccoo.es

En un rayo de chispa puede observarse tres zonas las cuales son: La primera zona a la salida del esmeril o punto de fricción, que se encuentra formada por rayos rectilíneos de colores vivos y característicos. La segunda zona o zona de bifurcación, en donde pueden aparecen algunas explosiones. La última zona o zona de explosión, en donde aparecen la mayor parte de las explosiones, las mismas que toman diferentes formas según el tipo de aleación. (estrellas, gotas, lenguas, lanzas, flores, etc). Los aceros para herramientas aleados con molibdeno producen estelas terminadas en punta de lanza. El acero aleado con cromo y vanadio generan estelas interrumpidas con chispas terminadas en formas de lenguas. Los aceros rápidos producen haces de trazos casi sin explosiones de carbono. Los aceros de bajo contenido de carbono forman pocos destellos, de una a dos explosiones con estelas delgadas y débiles. Los aceros de contenido medio de carbono producen estelas muy ramificadas y explosiones un poco más frecuentes en forma de ramaje. Los aceros de alto carbono producen estelas abundantes, lisas e interrumpidas además explosiones desde el inicio. En los aceros no aleados el dato más relevante es su contenido de carbono y al realizar la prueba, el hierro presenta una chispa bastante larga de color amarillo, a medida que el contenido de carbono aumenta el color de las ramificaciones se hace más claras y de longitud más corta, mucho más denso cerca de la zona de fricción. Hay que resaltar que los aceros aleados con algo de manganeso presentan un marcado aumento de la actividad de la chispa, tanto en número, grosor e intensidad de los rayos, mientras que los aceros aleados con cromo presentan el efecto contrario, es decir, menos actividad. Las probetas templadas dan generalmente una chispa algo más viva y clara que las mismas probetas en estado recocido o bonificado.

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Figura 3. Patrones de chispas para diferentes tipos de aceros

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GUÍA DE PRÁCTICAS. MATERIALES Y PROCESOS DE MANUFACTURA Prueba de Magnetismo La mayoría de los metales ferrosos presentan el magnetismo como una propiedad básica de un material ferromagnético. Esta regla tiene sus excepciones con el Níquel y cobalto, que siendo metales no ferrosos son atraídos por un imán, y los aceros inoxidables austeníticos (series 300) los cuales no son ferromagnéticos y por lo tanto no es atraído por el imán. Conocer la propiedad de ferromagnetismo en aeronáutica, permitirá aplicar en forma adecuada las técnicas de ensayos no destructivos sobre las plataformas aéreas. Prueba de Fractura El estudio fractográfico, permite analizar ciertos patrones y características de la mecánica de la fractura en la superficie y estructura del material. El tipo de fractura puede definir si el tipo de material es dúctil o frágil. Los materiales metálicos tienen las siguientes características de fractura: Aluminio: Su fractura es de color blanco plateado, con un tamaño de grano muy grande cuando su proceso de obtención fue por fundición y de grano muy fino cuando el proceso de obtención fue por laminado en frío. A veces presenta desprendimientos laterales. Cobre y aleaciones: Tiene una fractura de color rojizo hasta amarillo, fibrosa y un tamaño de grano grande o pequeño, dependiendo si fue fundición o laminado en frío. Fundición gris: Su fractura es opaca con granos grandes lo que explica su alta fragilidad. Fundición nodular: Tiene una fractura gris obscura con unos granos pequeños, lo que explica su ductilidad. Acero: Tiene una fractura de color gris clara con un tamaño de grano muy fino. Dependiendo del tipo de esfuerzo aplicado previo a la fractura, permite visualizar en la superficie de falla unas marcas de playa.

Figura 4. Análisis de superficies fracturadas en materiales metálicos

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PROCEDIMIENTO Cálculo de la Densidad Para el cálculo de la densidad, se utilizará un método de medición indirecto, en la cual su efectividad dependerá de la precisión de los equipos e instrumentos de medición, y la habilidad y observación correcta del estudiante para tomar los datos respectivos. Siga las siguientes instrucciones: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Proceda a medir con la balanza, la masa de las probetas asignadas y anote sus resultados en la tabla 1. Proceda a determinar el volumen de la probeta. Si el cuerpo es regular, determine su volumen utilizando su geometría tomando sus longitudes con el calibrador vernier, caso contrario mida el volumen utilizando la probeta graduada y agua destilada. Calcule la densidad para cada una de las probetas, en base a la ecuación 1. Complete la tabla dada, con valores de densidad que sugieren los textos y softwares de materiales para los materiales dados. Realice el gráfico volumen vs masa de todos los materiales ensayados y compare con el dato obtenido de los textos. Calcule el porcentaje de variación obtenida.

Figura 5. Equipo y materiales para determinar la densidad Tabla1: Resultados de cálculo de la densidad MASA MATERIAL

m1

m2

m3

mprom

VOLUMEN VOLUMEN VOLUMEN POR POR PROBETA GEOMETRÍA GRADUADA

DENSIDAD DENSIDAD CALCULADA

DENSIDAD INVESTIGADA

FUENTE DE CONSULTA

% VARIACIÓN

Ensayo de la chispa Para el ensayo de la chispa, se proporcionarán varias probetas, principalmente de materiales ferrosos, los mismos que serán friccionados con un material abrasivo. Se realizará el siguiente procedimiento:

GUÍA DE PRÁCTICAS. MATERIALES Y PROCESOS DE MANUFACTURA 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

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Utilizar el equipo de protección personal (gafas y guantes). Conecte a la fuente de energía el esmeril. Proceda a tomar las probetas dadas por el docente. Encienda el esmeril. Acerque cada probeta al esmeril y genere fricción entre la probeta y la piedra abrasiva. Determine y describa el tipo de chispa. Compare cada chispa con los patrones dados en la Figura 3 de este documento. Anote los resultados obtenidos en la Tabla 2. Apague y desconecte el esmeril. Tabla 2: Resultados del ensayo de chispa DESCRIPCIÓN DE LA CHISPA

MATERIAL COLORACIÓN

LONGITUD

TIPO DE PUNTA

APARECIMIENTO DE CHISPA ZONA ZONA ZONA 1 2 3

COMPARACIÓN DEL TIPO DE CHISPA (NÚMERO DE FIGURA)

Prueba de Magnetismo Para la prueba de magnetismo, se proporcionarán varias probetas, principalmente de materiales ferrosos, los mismos que interactuarán con un imán. Se realizará el siguiente procedimiento: 1. Proceda a tomas las probetas dadas por el docente 2. En una superficie plana, mida la distancia en el momento que aparecen las fuerzas de atracción entre la probeta y el imán 3. Anote los resultados obtenidos en la tabla 3. 4. Realice una gráfica de barras entre materiales vs distancia. Tabla 3: Resultados de la prueba de magnetismo MATERIAL

DISTANCIA DONDE APARECE LAS FUERZAS DE ATRACCIÓN

MAGNÉTICO (SI o NO)

Prueba de Fractura Para la prueba de fractura, se proporcionarán varias probetas fracturadas, de varios materiales. Se realizará el siguiente procedimiento: 1. Se determinará el tipo de grano, coloración de la zona de fractura, y marcas de playa 2. Se determinará si existe desprendimientos laterales a lo largo de la superficie fracturada. 3. Se determinara si la fractura fue dúctil o frágil. 4. Con una lupa se determinará la forma superficial en la zona de fractura.

FOTO

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5. Anote los resultados en la Tabla 4. Tabla 4: Resultados de la prueba de fractura MATERIAL

COLORACIÓN

MARCAS DE PLAYA

DESCRIPCIÓN DE LA FRACTURA DESPRENDIMIENTOS DÚCTIL O LATERALES (SI/NO) FRÁGIL

FOTO

ANÁLISIS DE RESULTADOS Llene las Tablas 1,2,3 y 4. Con los resultados de la tabla 1, realice el gráfico volumen vs masa de todos los materiales ensayados y compare con el dato obtenido de los textos y luego determine el porcentaje de variación obtenida. Con los resultados de la Tabla 2, realice una descripción del tipo de chispa para cada material y compare con los patrones da chispas dados en este documento. Con los resultados de la Tabla 3, realice una gráfica de barras entre materiales vs distancia y determine el material que tiene mayor magnetismo. Con los resultados de la tabla 4, realice una valoración fractográfica del material. Investigue sobre las normas AISI-SAE para la identificación de metales ferrosos y no ferrosos. Realice un cuadro de equivalencias entre los materiales asignados en la práctica y otras denominaciones diferentes a las dadas por AISI Investigue en las páginas web, las densidades de los materiales proporcionados y compare con las tabuladas en el software de selección de Materiales dados por el docente. TAREA COMPLEMENTARIA

Haga un resumen de máximo una hoja, sobre la clasificación de los materiales que hace la matweb. BIBLIOGRAFÍA         

Federal Aviation Administration, (2018) Aviation Maintenance Technician Handbook – General FAA-H-8083-30A Sydney Avner. (1988) Metalurgia Física, México D.F. McGraw-Hill. 2ª edición Smith, William F. (2006) Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de materiales, México, México. McGraw-Hill, 4a. Edición Askeland, D. R., Phulé P. P. (2003) La ciencias e Ingeniería de los materiales, México, D.F. Thomson, Cuarta edición. Neely, J. E., Kibbe, R.R. y García Diaz, R. (1992) Materiales y Procesos de Manufactura. México D. F. Limusa. www.steel.org/

www.sae.org/ www.astm.org/ www.matweb.com/

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Cuadro de rúbricas de la Evaluación Aspectos a Evaluar: Práctica 1: IDENTIFICACIÓN DE MATERIALES Nombre del Estudiante: Portada, en Arial o Times New Roman 12. Contiene: logotipo de la Universidad de las Fuerzas Armadas –ESPE, de la Escuela Técnica de la Fuerza Aérea, de la Carrera de Tecnología Superior en Ciencias Militares Aeronáuticas; Nombre de la Práctica, Nombres de los integrantes, fecha de entrega, Nombre del docente. Objetivos Examen previo a la entrega (individual) Completar las tablas de datos con cálculos correctos Tarea complementaria Investigación efectuada en libros, revistas, sitios web confiables Análisis de resultados y Manejo de la Información Conclusiones: Comparación de los resultados experimentales con lo reportado por documentos técnicos, indicar si se lograron los objetivos y por qué. Demuestra actitud de colaboración, trabajo en equipo y respeto con el grupo La redacción debe estar en forma impersonal clara y concisa y la ortografía impecable. Utiliza equipo de protección personal (individual) Cálculos erróneos (grupal) No lleva guía de laboratorio (individual) Forma de entrega p: Por correo electrónico, formato pdf identificado como Práctica 1-(Nombre del Grupo) al correo del docente. Si es impreso, la entrega se la realizará en forma personal al docente.

TOTAL

Puntaje máximo

Puntaje Obtenido

Requisito Requisito 30 10 10 10 10 25 Requisito 5 -10 -10 -10 -10 por cada día de retraso

100

Firma del Docente:

El informe se entregará tres días después de la práctica de laboratorio, ejemplo: si el laboratorio se efectúa el sábado, a más tardar el martes siguiente se entregará al docente. Entrega tardía: 10 % menos cada día. Si no cumple con los requisitos se devolverá el informe, con la condición de regresarlo el día siguiente, descontándosele 10 % por no cumplir con los requisitos y por cada día de retraso se descontará 10 % adicional.

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PRÁCTICA 2: DETERMINACIÓN DE PROPIEDADES EN MATERIALES UTILIZADOS EN AVIACIÓN CONTENIDOS

Propiedades de los materiales utilizados en aviación. OBJETIVOS El estudiante al finalizar la práctica, será capaz de:    

Identificar las diferentes propiedades de los materiales utilizados en aeronáutica. Comparar sus resultados con información sobre composición y propiedades de materiales con la ayuda de un software para selección de materiales. Identificar las partes y justificaciones de las aplicaciones de algunos materiales utilizados en diferentes partes de una aeronave. Determinar las unidades de algunas propiedades de los materiales. MATERIALES Y EQUIPO Item 1 2 3 4 5 6 7

Cantidad 1 1 1 1 1 1 1

Descripción Álabe de turbina Pedazo de material compuesto tipo honeycomb Manguera de Tetrafluoretileno o buna N Pedazo de ventana de una aeronave Pedazo de fuselaje de aluminio Pedazo de radome Software para selección de materiales

MARCO TEÓRICO “Una de las principales preocupaciones en el mantenimiento de aeronaves son las propiedades generales de los metales y sus aleaciones como dureza, maleabilidad, ductilidad, elasticidad, tenacidad, densidad, fragilidad, fusibilidad, contracción y expansión de la conductividad, etc. Estos términos se explican para establecer una base para una mayor discusión de los metales estructurales”. (FAA Administration, 2018) El estudio de las propiedades de los materiales, constituyen un factor determinante dentro del proceso de selección de materiales, es por esta razón que se enunciarán las propiedades mas significativas dentro de la temática aeronáutica: Dureza: La dureza se refiere a la capacidad o resistencia de un material para ser penetrado o rayado, resistir la abrasión o la distorsión permanente. La dureza puede aumentarse trabajando en frío el metal y, en el caso del acero y ciertas aleaciones de aluminio, mediante tratamientos térmicos. Las partes estructurales a menudo se forman a partir de metales en su estado blando y luego se tratan térmicamente para endurecerlas de manera que se conserve la forma final. La dureza y la resistencia son propiedades estrechamente asociadas de los metales.

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GUÍA DE PRÁCTICAS. MATERIALES Y PROCESOS DE MANUFACTURA Resistencia: Es una de las propiedades más importantes de un material y se define como la capacidad que tiene un material para resistir a la deformación o resistir el estrés sin romperse. Ductilidad: Es la propiedad de un metal que le permite ser dibujado, doblado o torcido permanentemente en varias formas sin romperse. Esta propiedad es esencial para los metales utilizados en la fabricación de alambres y tuberías. Los metales dúctiles son muy preferidos para uso en aviones debido a su facilidad de formación y resistencia a fallas bajo cargas de choque. Por esta razón, las aleaciones de aluminio se utilizan para anillos de capó, fuselaje y revestimiento de ala, y piezas formadas o extruidas, como costillas, largueros y mamparos. El acero al cromo molibdeno también se adapta fácilmente a las formas deseadas. La ductilidad es similar a la maleabilidad. Fusibilidad: Es la capacidad de un metal de volverse líquido por la aplicación de calor. Los metales se funden en la soldadura. Los aceros se fusionan alrededor de 1425 ° C y las aleaciones de aluminio a aproximadamente 600° C. Conductividad: Es la propiedad que permite a un metal transportar calor o electricidad. La conductividad térmica de un metal es especialmente importante en la soldadura, ya que gobierna la cantidad de calor que se requiere para una fusión adecuada. La conductividad del metal, hasta cierto punto, determina el tipo de patrón que se utilizará para controlar la expansión y la contracción. En los aviones, la conductividad eléctrica también debe considerarse junto con la unión para eliminar las interferencias en los sistemas de comunicación. Expansión térmica: Es la propiedad que refiere a la contracción y expansión que son reacciones producidas en los metales como resultado del calentamiento o enfriamiento. El calor aplicado a un metal hace que se expanda o se haga más grande. El enfriamiento y el calentamiento afectan el diseño de las plantillas de soldadura, piezas fundidas y tolerancias necesarias para el material laminado en caliente. Elasticidad: Es una propiedad que permite a un metal volver a su tamaño y forma originales cuando se elimina la fuerza que causa el cambio de forma. Esta propiedad es extremadamente valiosa, ya que sería altamente indeseable tener una parte distorsionada permanentemente después de eliminar una carga aplicada. Cada metal tiene un punto conocido como límite elástico o de fluencia, más allá del cual no se puede cargar sin causar una distorsión permanente. En la construcción de aeronaves, los miembros y las piezas están diseñados de tal manera que las cargas máximas a las que están sujetos no los presionen más allá de sus límites elásticos. Esta propiedad deseable está presente los resortes de acero. Tenacidad: Un material que posee dureza es resistente al desgarro o al cizallamiento y puede estirarse o deformarse de otra manera sin romperse. La tenacidad es la energía de deformación total que es capaz de absorber o acumular un material antes de alcanzar la rotura en condiciones de impacto, por acumulación de dislocaciones. Se debe principalmente al grado de cohesión entre moléculas. La tenacidad es una propiedad deseable en los metales de los aviones. Fragilidad: Es la propiedad de un metal que permite una pequeña flexión o deformación sin romperse. Un metal frágil es apto para romperse o agrietarse sin cambiar de forma. Debido a que los metales estructurales a menudo están sujetos a cargas de choque, la fragilidad no es una propiedad muy deseable. Hierro fundido, aluminio fundido y acero muy duro son ejemplos de metales frágiles. Maleabilidad: Propiedad opuesta a la fragilidad. Un metal que puede ser martillado, enrollado o presionado en varias formas sin agrietarse, romperse o dejar algún otro efecto perjudicial, se dice que es maleable. Esta propiedad es necesaria en chapas metálicas que se trabajan en formas curvas, como carenados, entradas de aire o alerones. El cobre es un ejemplo de un metal maleable.

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GUÍA DE PRÁCTICAS. MATERIALES Y PROCESOS DE MANUFACTURA Resistencia a la fatiga: La fatiga aparece cuando un elemento estructural está sometido a cargas cíclicas, alternativas o periódicas. Un material puede fracturarse si se rebasa el límite de ciclos de fatiga que posee en una determinada aplicación y para que esto ocurra puede darse dos escenarios: que las cargas cíclicas superen un nivel determinado de esfuerzo o que sobrepase el número de ciclos admisible. Relación Resistencia/Peso: Es una de las consideraciones o propiedades consideradas en el campo aeronáutico, es decir, es la razón entre dividir la resistencia a la tracción por el peso. Esta relación permitirá la construcción de una aeronave con menor peso. Muchos metales de diferentes propiedades son requeridos en la construcción y reparación de las aeronaves. Esto es el resultado de las diferentes necesidades respecto a variables como: la resistencia, el peso, la durabilidad y la resistencia al desgaste o corrosión de estructuras o partes específicas. Además, la forma particular o la forma del material juegan un papel importante junto al proceso de manufactura requerido. Al seleccionar los materiales para la reparación de aeronaves, estos factores (y muchos otros) se consideran en relación con las propiedades mecánicas y físicas. Entre los materiales comunes utilizados se encuentran los metales ferrosos. El término "ferroso" se aplica al grupo de metales que tienen hierro como su constituyente principal.

Figura 6. Relación de las propiedades de los materiales con la forma y proceso de manufactura

Los materiales básicos en el proceso de construcción de aeronaves se clasifican en cuatro grandes grupos y estos son:    

Aleaciones Férreas Aleaciones Ligeras Materiales compuestos Materiales auxiliares

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MATERIALES AERONÁUTICOS ALEACIONES LIGERAS

AUXILIARES

Figura 7. Materiales aeronáuticos

PROCEDIMIENTO Cálculo de la Densidad Para el cálculo de la densidad, se utilizará un método de medición indirecto, en la cual su efectividad dependerá de la precisión de los equipos e instrumentos de medición, y la habilidad y observación correcta del estudiante para tomar los datos respectivos. Siga las siguientes instrucciones: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Proceda a medir con la balanza, la masa de las probetas asignadas y anote sus resultados en la tabla 5. Proceda a determinar el volumen de la probeta. Si el cuerpo es regular, determine su volumen utilizando su geometría tomando sus longitudes con el calibrador vernier, caso contrario mida el volumen utilizando la probeta graduada y agua destilada. Calcule la densidad para cada una de las probetas, en base a la ecuación 1. Complete la tabla dada, con valores de densidad que sugieren los textos y softwares de materiales para los materiales dados. Realice el gráfico volumen vs masa de todos los materiales ensayados y compare con el dato obtenido de los textos. Calcule el porcentaje de variación obtenida.

Figura 8. Materiales utilizados en aeronáutica

Ventanas, recubrimiento interno, zonas de aislamiento eléctrico, ductos de aire, tuberías flexibles, cerámicos

MAGNESIO

Canopy, piso, radomes, fuselaje, recubrimientos

Fuselaje, piezas monolíticas, largueros y larguerillos

Trenes de aterrizaje, elementos de fijación (pernos, tornillos, abrazaderas), bancadas de motor, placas y herrajes de sujeción, cojinetes, ejes del motor, cigüeñales, bielas, engranajes.

TITANIO y NÍQUEL

Piezas y componentes del motor

ALUMINIO

ACEROS

COMPUESTOS

Cárters, parte del tren de aterrizaje

ALEACIONES FÉRREAS

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Tabla 5: Resultados de cálculo de la densidad MASA MATERIAL

m1

m2

m3

mprom

VOLUMEN VOLUMEN VOLUMEN POR POR PROBETA GEOMETRÍA GRADUADA

DENSIDAD DENSIDAD CALCULADA

DENSIDAD INVESTIGADA

FUENTE DE CONSULTA

% VARIACIÓN

Ahora, a través de una investigación bibliográfica, se determinará el valor de las siguientes propiedades de los materiales, las mismas que serán anotadas en la tabla 6: Tabla 6: Consulta bibliográfica de propiedades de materiales utilizados en aeronáutica MATERIAL

PUNTO DE FUSIÓN

MÓDULO DE YOUNG

RESISTENCIA A LA TRACCIÓN

°C

MPa

MPa

DUREZA

RESISTENCIA A LA FATIGA

TENACIDAD A LA FRACTURA

CONDUCTIVIDAD TÉRMICA

HV/HB/HR

MPa

MPa.m0,5

W/m. °C

COEFICIENTE DE EXPANSIÓN TÉRMICA μstrain/°C

Llene las Tablas 5 y 6. Con los resultados de la tabla 5, realice el gráfico volumen vs masa de todos los materiales ensayados y compare con el dato obtenido de los textos y luego determine el porcentaje de variación obtenida. Con los resultados de la Tabla 6, realice un gráfico comparando todas y cada una de las propiedades analizadas. Investigue sobre las normas AISI-SAE para la identificación de metales ferrosos y no ferrosos. Investigue en las páginas web, las densidades de los materiales proporcionados y compare con las tabuladas en el software de selección de Materiales dados por el docente. TAREA COMPLEMENTARIA

Haga un resumen de máximo una hoja, sobre la clasificación de los materiales HRSA. Haga un resumen de máximo dos hojas, sobre los tratamientos térmicos que se realizan en los aluminios. BIBLIOGRAFÍA    

Federal Aviation Administration, (2018) Aviation Maintenance Technician Handbook – General FAA-H-8083-30A Sydney Avner. (1988) Metalurgia Física, México D.F. McGraw-Hill. 2ª edición Smith, William F. (2006) Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de materiales, México, México. McGraw-Hill, 4a. Edición Askeland, D. R., Phulé P. P. (2003) La ciencias e Ingeniería de los materiales, México, D.F. Thomson, Cuarta edición.

PRECIO USD

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Neely, J. E., Kibbe, R.R. y García Diaz, R. (1992) Materiales y Procesos de Manufactura. México D. F. Limusa. www.steel.org/

www.sae.org/ www.astm.org/ www.matweb.com/

Cuadro de rúbricas de la Evaluación Aspectos a Evaluar: Práctica 2: DETERMINACIÓN DE PROPIEDADES EN MATERIALES UTILIZADOS EN AVIACIÓN Nombre del Estudiante: Portada, en Arial o Times New Roman 12. Contiene: logotipo de la Universidad de las Fuerzas Armadas –ESPE, de la Escuela Técnica de la Fuerza Aérea, de la Carrera de Tecnología Superior en Ciencias Militares Aeronáuticas; Nombre de la Práctica, Nombres de los integrantes, fecha de entrega, Nombre del docente. Objetivos Examen previo a la entrega (individual) Completar las tablas de datos con cálculos correctos Tarea complementaria Investigación efectuada en libros, revistas, sitios web confiables Análisis de resultados y Manejo de la Información Conclusiones: Comparación de los resultados experimentales con lo reportado por documentos técnicos, indicar si se lograron los objetivos y por qué. Demuestra actitud de colaboración, trabajo en equipo y respeto con el grupo La redacción debe estar en forma impersonal clara y concisa y la ortografía impecable. Utiliza equipo de protección personal (individual) Cálculos erróneos (grupal) No lleva guía de laboratorio (individual) Forma de entrega p: Por correo electrónico, formato pdf identificado como Práctica 2-(Nombre del Grupo) al correo del docente. Si es impreso, la entrega se la realizará en forma personal al docente.

TOTAL

Puntaje máximo

Puntaje Obtenido

Requisito Requisito 30 10 10 10 10 25 Requisito 5 -10 -10 -10 -10 por cada día de retraso

100

Firma del Docente:

El informe se entregará tres días después de la práctica de laboratorio, ejemplo: si el laboratorio se efectúa el sábado, a más tardar el martes siguiente se entregará al docente. Entrega tardía: 10 % menos cada día. Si no cumple con los requisitos se devolverá el informe, con la condición de regresarlo el día siguiente, descontándosele 10 % por no cumplir con los requisitos y por cada día de retraso se descontará 10 % adicional.

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PRÁCTICA 3: SELECCIÓN DE MATERIALES (FASE INTRODUCTORIA) CONTENIDOS

Proceso de Selección de Materiales. OBJETIVOS El estudiante al finalizar la práctica, será capaz de:     

Entender la necesidad cubierta por un material en un objeto o componente y trasladar la misma a requerimientos técnicos mínimos. Formular la estrategia en base a las propiedades de los materiales para seleccionar las mejores opciones de material. Utilizar un software específico para seleccionar materiales. Analizar las mejores opciones de selección de materiales, priorizando factores propios del diseño del objeto o componente. Realizar el reporte considerando las implicaciones encontradas durante el proceso de selección. MATERIALES Y EQUIPO

Se utilizará:  

Software específico para el proceso de selección de materiales. Computador personal.

MARCO TEÓRICO En la gran mayoría de avances tecnológicos y científicos alcanzados por la humanidad, se han apoyado en el descubrimiento y desarrollo de materiales de ingeniería y procesos de manufactura usados en su obtención. Una adecuada selección de materiales garantiza a los profesionales que diseñan partes mecánicas, su correcto funcionamiento de los componentes construidos. Existen diversos métodos para realizar la selección de un material o proceso de manufactura. Desde el punto de vista práctico, la posibilidad de usar varios métodos y poderlos confrontar, garantiza una mayor eficiencia en la selección correcta del material e un fin específico. La mayoría de métodos parten de la disponibilidad de una amplia gama de materiales, los cuales se deben analizar, ya sea con ayuda de: recomendaciones o métodos tradicionales, mapas de materiales, o información escrita que se encuentran en fuentes bibliográficas o en forma de software en bases de datos virtuales. La selección del material se hace de acuerdo con las propiedades exigidas por el componente a diseñar y sustentado con criterios como: disponibilidad, facilidad de obtención, vida de servicio, factores ambientales y costos, entre otros. De esta forma, se llega a la selección de un único tipo de material, el cual debe resultar en el más apropiado para el fin pretendido.

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GUÍA DE PRÁCTICAS. MATERIALES Y PROCESOS DE MANUFACTURA En este proceso de selección de materiales, se considera un análisis pormenorizado entre las propiedades de los materiales y sus condiciones sobre las cuales trabaja el elemento o componente. Métodos de Selección de Materiales Método Tradicional Con este método, el técnico escoge el material que cree más adecuado, en base en la experiencia de partes que tiene un funcionamiento similar y que han mostrado buenos resultados. Este método es también conocido como materiales de ingeniería de partes similares. El método mantiene buena aceptación debido a lo siguiente:  El técnico se siente seguro con un material usado en el mismo campo y ensayado.  Las características del material empleado ya han sido estudiadas previamente y por lo tanto no es necesario realizar estudios previos a la selección.  Ahorro considerable de tiempo. Sin embargo, el uso de este método, en ocasiones conduce a serios problemas, ya que no se hace un estudio real del ambiente de trabajo del componente o equipo, el cual puede ser decisivo a la hora de escoger el material. Método de Mapa de Materiales Este método se apoya en gráficas, en las que se relacionan por pares ciertas propiedades de los materiales. El método fue diseñado exclusivamente para ser utilizado durante la etapa conceptual de la selección de materiales. En estos mapas se puede hacer una aproximación del material más adecuado (perteneciente a una determinada familia de materiales), con base en la relación de las propiedades más importantes que debe poseer el componente.

Figura 9. Mapa gráfico de Materiales

Rara vez el comportamiento de un componente depende de solo una propiedad. De igual manera, los mapas de materiales, también denominados diagramas de Ashby, muestran que las propiedades de las diferentes clases de materiales pueden variar en amplios intervalos, formando grupos que se ubican en áreas cerradas, zonas o campos en tales diagramas. Eso

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GUÍA DE PRÁCTICAS. MATERIALES Y PROCESOS DE MANUFACTURA significa, que una misma familia de materiales puede tener una apreciable variación en sus propiedades, generando un campo o zona en los mapas. En estos mapas se relacionan entre otras, propiedades como resistencia, módulo de elasticidad, densidad, tenacidad, conductividad térmica, costes, etc. Método de Base de datos En Internet existe una amplia gama de bases de datos sobre materiales, que han sido construidas para comercialización libre o son distribuidas por proveedores de materiales. Estas bases de datos son el resultado de investigaciones en ensayos de materiales. Las bases de datos se dividen básicamente en dos categorías, numéricas y literarias o de referencias bibliográficas. Dentro de las más importantes bases de datos están el banco de datos de la ASTM, la SAE, la ASM, la AISI, la NASA, etc. También se dispone de software específico en el mercado para la selección de materiales, CES EduPack es uno de los más conocidos y empleados en el mundo de la ingeniería. La selección de materiales con ayuda de estas bases de datos, parte del conocimiento de las principales propiedades que el material debe tener para un fin específico.

Figura 10. Bases de datos de Materiales Fuente: CES EduPack

Dentro de este proceso de selección Michael Ashby, recomienda seguir los siguientes pasos:

Figura 11. Pasos para la Selección de Materiales

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PROCEDIMIENTO Estudio de Casos Para esta práctica, se realizará el siguiente estudio de casos: Recomendar materiales que puedan ser empleados en la construcción de un remo cuyo precio no supere 120 €/kg y sea lo más ligero posible.

Figura 12. Materiales utilizados para remos

Siga las siguientes instrucciones: 1. Proceda a determinar la función del remo, es decir para qué se utilizará el producto. 2. Proceda a determinar las restricciones, es decir cuáles son las condiciones esenciales que debe cumplir. 3. Determine que variables o propiedades se van a optimizar (maximizar o minimizar). Justifique su respuesta. 4. Determine que variables pueden ser modificables. 5. Establezca un modelo o criterio de desempeño. 6. Realice mapas gráficos y establecimiento de límites para el proceso de selección del material. 7. Determine los grupos de materiales más idóneos para la construcción del elemento. 8. Determine al menos 5 materiales idóneos para la construcción del elemento propuesto. 9. Grafique un diagrama booleano entre dos propiedades de los materiales. 10. Grafique un diagrama de barras con la propiedad del material que usted considere más importante. TAREA COMPLEMENTARIA

Realice un proceso de selección de material para un casco militar y establezca al menos 5 materiales, justificando técnicamente su selección.

Figura 13. Materiales utilizados para un casco militar

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BIBLIOGRAFÍA         

Smith, William F. (2006) Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de materiales, México, México. McGraw-Hill, 4a. Edición Askeland, D. R., Phulé P. P. (2003) La ciencias e Ingeniería de los materiales, México, D.F. Thomson, Cuarta edición. Neely, J. E., Kibbe, R.R. y García Diaz, R. (1992) Materiales y Procesos de Manufactura. México D. F. Limusa. Ashby Michael, (2005), Materials Selection in Mechanical Design, Tercera edición, Oxford. https://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2099.1/13323 www.steel.org/

www.sae.org/ www.astm.org/ www.matweb.com/

Cuadro de rúbricas de la Evaluación Aspectos a Evaluar: Práctica 3: SELECCIÓN DE MATERIALES (FASE INTRODUCTORIA) Nombre del Estudiante: Portada, en Arial o Times New Roman 12. Contiene: logotipo de la Universidad de las Fuerzas Armadas –ESPE, de la Escuela Técnica de la Fuerza Aérea, de la Carrera de Tecnología Superior en Ciencias Militares Aeronáuticas; Nombre de la Práctica, Nombres de los integrantes, fecha de entrega, Nombre del docente. Objetivos Examen previo a la entrega (individual) Completar las tablas de datos con cálculos correctos Tarea complementaria Investigación efectuada en libros, revistas, sitios web confiables Análisis de resultados y Manejo de la Información Conclusiones: Comparación de los resultados experimentales con lo reportado por documentos técnicos, indicar si se lograron los objetivos y por qué. Demuestra actitud de colaboración, trabajo en equipo y respeto con el grupo La redacción debe estar en forma impersonal clara y concisa y la ortografía impecable. Utiliza equipo de protección personal (individual) Cálculos erróneos (grupal) No lleva guía de laboratorio (individual) Forma de entrega p: Por correo electrónico, formato pdf identificado como Práctica 3-(Nombre del Grupo) al correo del docente. Si es impreso, la entrega se la realizará en forma personal al docente.

TOTAL

Puntaje máximo

Puntaje Obtenido

Requisito Requisito 30 10 10 10 10 25 Requisito 5 -10 -10 -10 -10 por cada día de retraso

100

Firma del Docente:

El informe se entregará tres días después de la práctica de laboratorio, ejemplo: si el laboratorio se efectúa el sábado, a más tardar el martes siguiente se entregará al docente. Entrega tardía: 10 % menos cada día. Si no cumple con los requisitos se devolverá el informe, con la condición de regresarlo el día siguiente, descontándosele 10 % por no cumplir con los requisitos y por cada día de retraso se descontará 10 % adicional.

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PRÁCTICA 4: SELECCIÓN DE MATERIALES PARA UN COMPONENTE AERONÁUTICO CONTENIDOS

Proceso de Selección de Materiales en Componentes Aeronáuticos. OBJETIVOS El estudiante al finalizar la práctica, será capaz de:     

Entender la necesidad cubierta por un material en un objeto o componente y trasladar la misma a requerimientos técnicos mínimos. Formular la estrategia en base a las propiedades de los materiales para seleccionar las mejores opciones de material. Utilizar un software específico para seleccionar materiales. Analizar las mejores opciones de selección de materiales, priorizando factores propios del diseño del objeto o componente. Realizar el reporte considerando las implicaciones encontradas durante el proceso de selección. MATERIALES Y EQUIPO

Se utilizará:  

Software específico para el proceso de selección de materiales. Computador personal.

MARCO TEÓRICO A la aeronave se lo puede dividir en partes fijas y partes móviles. Las partes fijas forman la estructura básica del avión. Hay cuatro grandes grupos: • ALAS • FUSELAJE • ESTABILIZADORES HORIZONTALES • ESTABILIZADOR VERTICAL

Las partes móviles permiten que el avión sea controlable. Se dividen en dos grupos: 1. MANDOS DE VUELO PRIMARIOS:  Timón de dirección.  Timón de profundidad  Alerones

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GUÍA DE PRÁCTICAS. MATERIALES Y PROCESOS DE MANUFACTURA 2. MANDOS DE VUELO SECUNDARIOS:    

Slats Flaps Spoilers Compensadores.

Conforme el avance tecnológico, las aeronaves han modificado y perfeccionado el uso de los materiales en relación al papel o función que cumple cada parte o componente para mejorar su rendimiento, pero sobre todo para mejorar su relación resistencia – peso.

Figura 14. Uso de los materiales en una aeronave Fuente: https://www.researchgate.net

Uno de los elementos más importantes en una aeronave es el Radar (RAdio Detection And Ranging, “detección y medición de distancias por radio”) que es un sistema que utiliza ondas electromagnéticas de ciertas frecuencias, para medir distancias, altitudes, direcciones y velocidades de objetos estáticos o móviles como aviones, barcos, vehículos, e incluso variaciones en ciertos terrenos.

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GUÍA DE PRÁCTICAS. MATERIALES Y PROCESOS DE MANUFACTURA Su funcionamiento es simple: se emite un impulso de radio, que se refleja en el objetivo y se recibe típicamente en la misma posición del emisor. A partir de este “eco” se puede extraer gran cantidad de información y saber dónde se encuentra el objeto en cuestión. Se pueden usar diferentes longitudes de onda para detectar diferentes tipos de objetos. El radar meteorológico que se encuentra en la parte frontal de la aeronave, aprovecha las señales que provienen de las gotas de lluvia en suspensión dentro de las nubes, las mismas que son muy buenas reflectoras de la energía produciendo un buen eco. El hecho de que el radar es un componente potencialmente peligroso al tratarse de un emisor de alta energía radiante, deben seguirse siempre las recomendaciones y procedimientos dados por los fabricantes de estos equipos. El radar desempeña un papel importante en la gestión del transporte aéreo, el monitoreo de ciertas áreas, la inspección, la detección remota, la predicción del clima y la defensa. Para proteger el radar contra factores ambientales, se requiere un radome. Estos radomes son fabricados con materiales que cumplen con ciertas especificaciones con la finalidad de que dejen pasar, las ondas generadas por el radio, proteja el radar, por lo que también debe tener buena resistencia mecánica.

Figura 15. Radome

PROCEDIMIENTO Estudio de Casos Para esta práctica, se realizará el siguiente estudio de casos: La figura 16 muestra un radome idealizado. Es una piel semiesférica de material transparente de microondas de radio R y grosor t, que admite una diferencia de presión, Δp entre sus superficies interna y externa. Las dos propiedades críticas del material para determinar el rendimiento del radome son la constante dieléctrica, εr, y la pérdida eléctrica tangente tan δ. Las pérdidas son de dos tipos: reflexión y absorción. La fracción de la señal que se refleja está relacionada con la constante dieléctrica εr; cuanto mayor sea la frecuencia, mayor será la fracción reflejada. El aire tiene una constante dieléctrica de 1; un radome con la misma constante dieléctrica, si fuera posible, no reflejaría ninguna radiación. La segunda pérdida, y con frecuencia más importante, es la debida a la absorción a medida que la señal pasa a través de la piel del radome. Recomiende al menos 5 materiales para construir un radome justificando su respuesta.

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Figura 16. Radome de una aeronave

Siga las siguientes instrucciones: 1. Proceda a determinar la función del radome, es decir para qué se utilizará el producto. 2. Proceda a determinar las restricciones, es decir cuáles son las condiciones esenciales que debe cumplir. 3. Determine que variables o propiedades se van a optimizar (maximizar o minimizar). Justifique su respuesta. 4. Determine que variables pueden ser modificables. 5. Establezca un modelo o criterio de desempeño. 6. Realice mapas gráficos y establecimiento de límites para el proceso de selección del material. 7. Determine los grupos de materiales más idóneos para la construcción del elemento. 8. Determine al menos 5 materiales idóneos para la construcción del elemento propuesto. 9. Grafique un diagrama booleano entre dos propiedades de los materiales. 10. Grafique un diagrama de barras con la propiedad del material que usted considere más importante. TAREA COMPLEMENTARIA

Realice un proceso de selección de material para una canopy de una aeronave y establezca al menos 5 materiales, justificando técnicamente su selección.

CANOPY

Figura 17. Canopy de una aeronave

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BIBLIOGRAFÍA          

Federal Aviation Administration, (2018) Aviation Maintenance Technician Handbook – General FAA-H-8083-30A Smith, William F. (2006) Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de materiales, México, México. McGraw-Hill, 4a. Edición Askeland, D. R., Phulé P. P. (2003) La ciencias e Ingeniería de los materiales, México, D.F. Thomson, Cuarta edición. Neely, J. E., Kibbe, R.R. y García Diaz, R. (1992) Materiales y Procesos de Manufactura. México D. F. Limusa. Ashby Michael, (2005), Materials Selection in Mechanical Design, Tercera edición, Oxford. https://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2099.1/13323 www.steel.org/

www.sae.org/ www.astm.org/ www.matweb.com/

Cuadro de rúbricas de la Evaluación Aspectos a Evaluar: Práctica 4: SELECCIÓN DE MATERIALES PARA UN COMPONENTE AERONÁUTICO Nombre del Estudiante: Portada, en Arial o Times New Roman 12. Contiene: logotipo de la Universidad de las Fuerzas Armadas –ESPE, de la Escuela Técnica de la Fuerza Aérea, de la Carrera de Tecnología Superior en Ciencias Militares Aeronáuticas; Nombre de la Práctica, Nombres de los integrantes, fecha de entrega, Nombre del docente. Objetivos Examen previo a la entrega (individual) Completar las tablas de datos con cálculos correctos Tarea complementaria Investigación efectuada en libros, revistas, sitios web confiables Análisis de resultados y Manejo de la Información Conclusiones: Comparación de los resultados experimentales con lo reportado por documentos técnicos, indicar si se lograron los objetivos y por qué. Demuestra actitud de colaboración, trabajo en equipo y respeto con el grupo La redacción debe estar en forma impersonal clara y concisa y la ortografía impecable. Utiliza equipo de protección personal (individual) Cálculos erróneos (grupal) No lleva guía de laboratorio (individual) Forma de entrega p: Por correo electrónico, formato pdf identificado como Práctica 4-(Nombre del Grupo) al correo del docente. Si es impreso, la entrega se la realizará en forma personal al docente.

TOTAL

Puntaje máximo

Puntaje Obtenido

Requisito Requisito 30 10 10 10 10 25 Requisito 5 -10 -10 -10 -10 por cada día de retraso

100

Firma del Docente:

El informe se entregará tres días después de la práctica de laboratorio, ejemplo: si el laboratorio se efectúa el sábado, a más tardar el martes siguiente se entregará al docente. Entrega tardía: 10 % menos cada día. Si no cumple con los requisitos se devolverá el informe, con la condición de regresarlo el día siguiente, descontándosele 10 % por no cumplir con los requisitos y por cada día de retraso se descontará 10 % adicional.

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PRÁCTICA 5: SELECCIÓN DE MATERIALES PARA UN CUERPO EXTERIOR DE UN CHALECO ANTIBALAS CONTENIDOS

Proceso de Selección de Materiales en Componentes para la Seguridad y Defensa. OBJETIVOS El estudiante al finalizar la práctica, será capaz de:     

Entender la necesidad cubierta por un material en un objeto o componente y trasladar la misma a requerimientos técnicos mínimos. Formular la estrategia en base a las propiedades de los materiales para seleccionar las mejores opciones de material. Utilizar un software específico para seleccionar materiales. Analizar las mejores opciones de selección de materiales, priorizando factores propios del diseño del objeto o componente. Realizar el reporte considerando las implicaciones encontradas durante el proceso de selección. MATERIALES Y EQUIPO

Se utilizará:  

Software específico para el proceso de selección de materiales. Computador personal.

MARCO TEÓRICO Los chalecos antibalas son prendas protectoras que absorben el impacto de balas disparadas al cuerpo y esquirlas provenientes de explosiones. Estos chalecos están manufacturados de varias capas de fibras laminadas o de tejidos sintéticos que protegen a la persona que lo usa, de proyectiles disparados por armas de fuego y de la metralla de algunos artefactos explosivos como granadas o explosivos. Cuando se le agregan placas metálicas o cerámicas a un chaleco antibalas, este también puede proteger al usuario de proyectiles disparados por un fusil. Cuando se combinan estos materiales con piezas metálicas o capas de tejidos sumamente densos, el chaleco antibalas también ofrece al usuario cierta protección ante un ataque con cuchillo. Protegen hasta cierto punto, pero no son impenetrables debido a la gran variedad de municiones y armamentos. Los chalecos antibalas son utilizados comúnmente por las fuerzas armadas, policía nacional, guardias de seguridad privada y civil.

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Figura 18. Chaleco antibalas de uso militar Fuente: El telégrafo.com

Las funciones que desempeñará el cuerpo o placa exterior del chaleco antibalas, sugieren que sea producido con un material ligero y muy resistente tanto a los impactos como a esfuerzos continuos, extremadamente duro y con un gran límite elástico para evitar deformaciones causadas por los impactos. Se precisa también de un material resistente a las altas temperaturas. La fabricación de este cuerpo exterior debe tener un material que permita minimizar el peso del producto, así como dotar a éste, de un gran límite elástico y una gran resistencia a los impactos a los que estará sometido durante su vida útil, harán del chaleco un producto duradero y efectivo en su uso, ya que todos estos factores influirán a la hora de proteger el cuerpo del usuario de cualquier impacto de proyectil. PROCEDIMIENTO Estudio de Casos Para esta práctica, se realizará el siguiente estudio de casos: Seleccionar materiales para una placa externa de un chaleco antibalas y recomiende al menos 5 materiales para construir este elemento justificando su respuesta. La placa deberá tener las siguientes características: 1. Material ligero. 2. Muy resistente a impactos y esfuerzos continuos. 3. Extremadamente duro. 4. Elevado límite elástico que evite deformaciones permanentes (> 420 MPa) 5. Resistente a altas temperaturas (> 600 ºC). Siga las siguientes instrucciones: 1. 2. 3. 4. 5.

Proceda a determinar la función de la placa externa del chaleco antibalas, es decir para qué se utilizará el producto. Proceda a determinar las restricciones, es decir cuáles son las condiciones esenciales que debe cumplir. Determine que variables o propiedades se van a optimizar (maximizar o minimizar). Justifique su respuesta. Determine que variables pueden ser modificables. Establezca un modelo o criterio de desempeño.

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6. Realice mapas gráficos y establecimiento de límites para el proceso de selección del material. 7. Determine los grupos de materiales más idóneos para la construcción del elemento. 8. Determine al menos 5 materiales idóneos para la construcción del elemento propuesto. 9. Grafique un diagrama booleano entre dos propiedades de los materiales. 10. Grafique un diagrama de barras con la propiedad del material que usted considere más importante. TAREA COMPLEMENTARIA En base a los resultados obtenidos en su proceso de selección, conteste las siguientes preguntas: 1. 2. 3. 4. 5.

¿En qué parte de la base de datos se debe limitar la búsqueda y mediante que herramienta lo conseguiremos? ¿Qué familias de material podemos descartar por ser totalmente inadecuadas para el uso que se requiere? ¿Con que herramienta has realizado esta primera selección? Relaciona gráficamente los atributos de resistencia a la fatiga y tenacidad a fractura y selecciona con ayuda de las herramientas adecuadas la zona del diagrama que se adapte a los requerimientos. Relaciona gráficamente los resultados obtenidos con los atributos de dureza y precio con ayuda de las opciones avanzadas. Recomendaría usted como un material idóneo para la placa externa del chaleco antibalas al Carburo de boro. Justifique su respuesta.

BIBLIOGRAFÍA           

Smith, William F. (2006) Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de materiales, México, México. McGraw-Hill, 4a. Edición Askeland, D. R., Phulé P. P. (2003) La ciencias e Ingeniería de los materiales, México, D.F. Thomson, Cuarta edición. Neely, J. E., Kibbe, R.R. y García Diaz, R. (1992) Materiales y Procesos de Manufactura. México D. F. Limusa. Ashby Michael, (2005), Materials Selection in Mechanical Design, Tercera edición, Oxford. Bordonaba, Alberto. (2012) Diseño de Prácticas con el software CES EduPack para la docencia de procesos de Fabricación en Grado, Universidad Politécnica de Cartaluña. http://www.goodfellow-ceramics.com https://usarmor.com/resources/product_docs/USA13catV2%20spanish.pdf www.steel.org/

www.sae.org/ www.astm.org/ www.matweb.com/

Cuadro de rúbricas de la Evaluación Aspectos a Evaluar: Práctica 5: SELECCIÓN DE MATERIALES PARA UN CUERPO EXTERIOR DE UN CHALECO ANTIBALAS Nombre del Estudiante: Portada, en Arial o Times New Roman 12. Contiene: logotipo de la Universidad de las Fuerzas Armadas –ESPE, de la Escuela Técnica de la Fuerza Aérea, de la Carrera de Tecnología Superior en Ciencias Militares Aeronáuticas; Nombre de la Práctica, Nombres de los integrantes, fecha de entrega, Nombre del docente. Objetivos

Puntaje máximo

Puntaje Obtenido

Requisito Requisito

GUÍA DE PRÁCTICAS. MATERIALES Y PROCESOS DE MANUFACTURA Examen previo a la entrega (individual) Completar las tablas de datos con cálculos correctos Tarea complementaria Investigación efectuada en libros, revistas, sitios web confiables Análisis de resultados y Manejo de la Información Conclusiones: Comparación de los resultados experimentales con lo reportado por documentos técnicos, indicar si se lograron los objetivos y por qué. Demuestra actitud de colaboración, trabajo en equipo y respeto con el grupo La redacción debe estar en forma impersonal clara y concisa y la ortografía impecable. Utiliza equipo de protección personal (individual) Cálculos erróneos (grupal) No lleva guía de laboratorio (individual) Forma de entrega p: Por correo electrónico, formato pdf identificado como Práctica 5-(Nombre del Grupo) al correo del docente. Si es impreso, la entrega se la realizará en forma personal al docente.

TOTAL

30 10 10 10 10 25 Requisito 5 -10 -10 -10 -10 por cada día de retraso

100

Firma del Docente:

El informe se entregará tres días después de la práctica de laboratorio, ejemplo: si el laboratorio se efectúa el sábado, a más tardar el martes siguiente se entregará al docente. Entrega tardía: 10 % menos cada día. Si no cumple con los requisitos se devolverá el informe, con la condición de regresarlo el día siguiente, descontándosele 10 % por no cumplir con los requisitos y por cada día de retraso se descontará 10 % adicional.

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PRÁCTICA 6: SELECCIÓN DE PROCESOS DE MANUFACTURA PARA CONFORMACIÓN DE UN FAN CONTENIDOS

Selección de Proceso de Manufactura para Conformación de un FAN. OBJETIVOS El estudiante al finalizar la práctica, será capaz de:      

Entender la necesidad de relacionar el material y la forma con el proceso de manufactura para la conformación de un producto. Establecer los requerimientos técnicos como material, forma, espesor, rugosidad, tolerancia, masa y tamaño de lote para la determinación y selección del proceso de manufactura. Utilizar los normogramas para la selección del proceso de manufactura. Utilizar un software específico para seleccionar el proceso de manufactura más idóneo. Analizar las mejores opciones de selección de proceso de manufactura, priorizando factores propios del diseño del objeto o componente. Realizar el reporte considerando las implicaciones encontradas durante el proceso de selección. MATERIALES Y EQUIPO

Se utilizará:   

Normogramas establecidos para selección de procesos de Manufactura Software específico para el proceso de selección de procesos de manufactura. Computador personal.

MARCO TEÓRICO La manufactura es una actividad que realiza el ser humano, la misma que se realiza en todas las fases de nuestra vida. Los productos de la manufactura se encuentran en todo lo que nos rodea. Todo lo que vestimos, donde vivimos, en lo que viajamos, incluso la mayor parte de nuestros alimentos, ha pasado a través de algún proceso de manufactura. La palabra manufactura se deriva del latín (manus = mano, factus = hecho), y en los diccionarios se define como "la fabricación de bienes y artículos a mano o, especialmente por maquinaria, frecuentemente en gran escala y con división del trabajo". Esta definición no es necesariamente completa, pero podemos utilizarla para entender la función de la manufactura en el desarrollo humano. La manufactura se ha practicado durante varios miles de años, comenzando con la producción de artículos de piedra, cerámica y metal. Los romanos ya tenían fábricas para la producción en masa de artículos de vidrio, y en muchas actividades, incluyendo la minería, la metalurgia, y la industria textil se ha empleado desde hace mucho tiempo el principio de la división del trabajo. Sin embargo, por siglos gran parte de la manufactura permaneció como una actividad esencialmente individual, practicada por artesanos y sus aprendices. El ingenio de generaciones

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GUÍA DE PRÁCTICAS. MATERIALES Y PROCESOS DE MANUFACTURA sucesivas de artesanos condujo al desarrollo de muchos procesos y a una gran variedad de productos, pero la escala de producción estaba necesariamente limitada por la potencia disponible. La potencia del agua sustituyó a la muscular en la Edad Media, pero sólo hasta el punto permitido por la disponibilidad de agua en movimiento; ello limitó la localización de las industrias y la tasa de crecimiento de la producción industrial. Al término del siglo XVIII, el desarrollo de la máquina de vapor hizo posible disponer de potencia en grandes cantidades y en muchos lugares. Esto agilizó los avances en los procesos de manufactura y facilitó el crecimiento de la producción, proporcionando una abundancia de bienes y, con la mecanización de la agricultura, de productos agrícolas. Como resultado, la sociedad también se transformó. Más tarde, este desarrollo se conoció como la Revolución Industrial, la cual se caracterizó porque la potencia mecánica reemplaza a la física del trabajador. Muchas máquinas eran accionadas por bandas a partir de un eje motor común, y el alcance de la mecanización era limitado. A partir de la segunda mitad del siglo xx han tenido lugar ingenios adicionales. Las computadoras comenzaron a ofrecer una potencia computacional ni siquiera soñada, y los dispositivos electrónicos de estado sólido desarrollados a partir del transistor permitieron la fabricación de dispositivos de gran flexibilidad a un costo cada vez menor. A principios de los años setenta la disponibilidad del microchip, con miles de componentes electrónicos abarrotados en una minúscula oblea de silicio, hizo posible desempeñar tareas computacionales, de control, de planeación y de administración a altas velocidades, con frecuencia en tiempo real (es decir, donde el proceso ocurre mientras se controla) y a bajo costo. Las consecuencias han sido de gran alcance en cada faceta de nuestra vida, y parece que aún no hay límites para el desarrollo. Sin embargo, es evidente que las implicaciones sociales de estos cambios serán tan fundamentales como aquellas forjadas por la Revolución Industrial del siglo XIX; actualmente la mayoría de los observadores concuerda en que estamos en medio de la segunda Revolución Industrial. En la actualidad, se pueden ver como mecanismos robotizados, realizan los procesos de manufactura de una manera precisa y rápida, en la cual el ser humano solo se limita al control y mantenimiento de los entes mecánicos que realizan todo el trabajo. Ahora desde un punto de vista técnico, la relación material, forma con el proceso de manufactura, juegan un papel muy determinante para conformar un producto.

Figura 19. Relación Forma-Material- Proceso de Manufactura Fuente: Ces EduPack

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GUÍA DE PRÁCTICAS. MATERIALES Y PROCESOS DE MANUFACTURA

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Un proceso de Manufactura finalmente tiene dos funciones: 1. Conferir una forma, unir o dar un acabado a un material 2. Controlar las propiedades del material Es por esto, que la elección del proceso de manufactura depende de los requerimientos del diseño tales como: material, tamaño, forma, precisión, propiedades, tamaño de lote, entre otros. El término de “ingeniería concurrente o simultánea” permite elaborar un producto optimizando los procesos de diseño, manufactura y selección del material con altos niveles de calidad y satisfacción por parte del cliente al menor costo posible. El uso de los sistemas CAD-CAM-CAE, permiten esta tecnificación y optimización de los procesos de manufactura.

Figura 20. CAD-CAM-CAE en los procesos de Manufactura. Los procesos de Manufactura se dividen en 4 grupos y estos son:

PROCESOS DE MANUFACTURA

Figura 21. Clasificación de los procesos de Manufactura.

PROCESOS DE TRATAMIENTOS SUPERFICIALES

Pulido, texturizado, Plateado, metalizdo, cromado, niquelado, sublimado, pintado, etc.

PROCESOS DE UNION (JOINING)

Soldadura, adhesivos, uniones rápidas, métodos de pegado por fricción

Tratamientos térmicos: Templado, revenido, recocido, etc.

PROCESOS SECUNDARIOS (MACHINING / HEAT TREAT)

Mecanizado: Torneado, fresado, taladrado, planeado, etc.

Moldeo, Fundición, Deformación, Power Methods, Formación de compuestos, Métodos especiales, prototipado, impresión 3D.

PROCESOS PRIMARIOS (SHAPING)

GUÍA DE PRÁCTICAS. MATERIALES Y PROCESOS DE MANUFACTURA • • • •

Cada familia de procesos tienen atributos, pueden manejar ciertos materiales, hacer ciertas formas y lograr determinada precisión La selección del proceso tiene por objeto establecer la mejor concordancia entre los atributos del proceso y los requerimientos del diseño. Existe una interacción entre función, material, forma y el proceso. La selección del proceso de manufactura es iterativo

Es importante acotar que la estrategia más adecuada para este proceso de selección es:     

Trasladar los requerimientos de diseño: Identificar la función del producto, parte o componente, restricciones técnicas y de calidad y variables libres. Buscar usando restricciones: Eliminar procesos con los que no se pueden trabajar. Rankear usando objetivos o prioridades: Seleccionar los mejores procesos que te permiten realizar el trabajo más económico. Buscar documentación de las opciones finalistas: Investigar los efectos del proceso, defectos y propiedades. Selección del proceso final.

Para una adecuada selección del proceso de manufactura, es necesario utilizar recomendaciones o métodos tradicionales, normogramas de selección de procesos, o información escrita que se encuentran en fuentes bibliográficas o en forma de software en bases de datos virtuales.

Figura 22. Herramientas para seleccionar procesos de Manufactura.

PROCEDIMIENTO Estudio de Casos Para esta práctica, se realizará el siguiente estudio de casos: Ventiladores son utilizados como aspiradoras y están diseñados de forma barata, resistente y eficiente, probablemente en este orden. La clave es minimizar costos en los procesos de manufactura para obtener la forma final del componente de una manera simple y sencilla. Seleccionar un proceso único que cumpla con las especificaciones de precisión y tolerancia.

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Figura 23. FAN

Siga las siguientes instrucciones: 1.

Proceda a determinar la función del fan o ventilador, es decir para qué se utilizará el producto. 2. Proceda a determinar las restricciones existentes en el estudio de casos, es decir cuáles son las condiciones y requerimientos esenciales que debe cumplir. 3. Interactúe con los normogramas dados por el docente y seleccione al menos 4 procesos posibles para conformar el ventilador. Anote sus resultados en la tabla 7. Tabla 7: Resultados de la selección del Proceso de Manufactura a través de normogramas PROCESO 1 PROCESO 2 PROCESO 3 PROCESO 4 ATRIBUTOS Material - Proceso Forma – Proceso Masa - Proceso Espesor – Proceso Tamaño de lote SELECCIÓN FINAL

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4. Seleccione el nivel Avanzado del software para selección de materiales y Procesos de Manufactura dados. 5. Crear un nuevo proyecto para Selección de procesos de Manufactura y escoja la opción Shaping Process y determine cuántos procesos disponibles aparecen en la base de datos. 6. Determine la primera limitación a realizar y que módulo del programa lo permite y anote cuántos procesos disponibles aparecen en la base de datos. 7. Con ayuda de las opciones avanzadas de la creación de diagramas, genera tres gráficos que relacionen los procesos resultantes con el coste relativo del utillaje, el coste relativo del equipamiento y el consumo de mano de obra. 8. Interpreta cada uno de los gráficos anteriores y justifica la selección del proceso de fabricación idóneo para la fabricación del fan.

TAREA COMPLEMENTARIA Realizar la selección de los procesos de manufactura de los siguientes componentes, siguiendo el mismo procedimiento que esta guía de laboratorio estableció para el fan. COMPONENTE

GRÁFICO

REQUERIMIENTOS DEL PROCESO

AISLANTE DE UNA BUJIA (SPARK PLUG INSULATOR)

TUBO DISTRIBUIDOR (MANIFOLD JACKET)

UNIÓN DE UN RADIADOR DE ACERO (JOINING A STEEL RADIATOR)

Process requirements for the aircraft blains Function Constraints

ÁLABE DE TURBINA (AIRCRAFT TURBINE BLAIN) Objective Free variables

 Aircraft blains  Material: Inconel 718  Shape: 3D solid  Mass: 0,3 Kg  Minimum section: 4 - 7 mm  Batch size: 200  Minimize cost  Choice of process

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BIBLIOGRAFÍA          

Schey, Jhon F. (2002) Procesos de Manufactura, México, México. McGraw-Hill, 3a. Edición Swift, K. G., Booker J. d. (2003) Process Selection, Oxford, Butterworth Heinemann, Second Edition. Neely, J. E., Kibbe, R.R. y García Diaz, R. (1992) Materiales y Procesos de Manufactura. México D. F. Limusa. Bawa H.S, (2007) Procesos de Manufactura, México, McGraw-Hill,1ra. Edición Ashby Michael, (2005), Materials Selection in Mechanical Design, Tercera edición, Oxford. Bordonaba, Alberto. (2012) Diseño de Prácticas con el software CES EduPack para la docencia de procesos de Fabricación en Grado, Universidad Politécnica de Cartaluña. www.steel.org/

www.sae.org/ www.astm.org/ www.matweb.com/

Cuadro de rúbricas de la Evaluación Aspectos a Evaluar: Práctica 6: SELECCIÓN DE PROCESOS DE MANUFACTURA PARA CONFORMACIÓN DE UN FAN Nombre del Estudiante: Portada, en Arial o Times New Roman 12. Contiene: logotipo de la Universidad de las Fuerzas Armadas –ESPE, de la Escuela Técnica de la Fuerza Aérea, de la Carrera de Tecnología Superior en Ciencias Militares Aeronáuticas; Nombre de la Práctica, Nombres de los integrantes, fecha de entrega, Nombre del docente. Objetivos Examen previo a la entrega (individual) Completar las tablas de datos con cálculos correctos Tarea complementaria Investigación efectuada en libros, revistas, sitios web confiables Análisis de resultados y Manejo de la Información Conclusiones: Comparación de los resultados experimentales con lo reportado por documentos técnicos, indicar si se lograron los objetivos y por qué. Demuestra actitud de colaboración, trabajo en equipo y respeto con el grupo La redacción debe estar en forma impersonal clara y concisa y la ortografía impecable. Utiliza equipo de protección personal (individual) Cálculos erróneos (grupal) No lleva guía de laboratorio (individual) Forma de entrega p: Por correo electrónico, formato pdf identificado como Práctica 6-(Nombre del Grupo) al correo del docente. Si es impreso, la entrega se la realizará en forma personal al docente.

TOTAL

Puntaje máximo

Puntaje Obtenido

Requisito Requisito 30 10 10 10 10 25 Requisito 5 -10 -10 -10 -10 por cada día de retraso

100

Firma del Docente:

El informe se entregará tres días después de la práctica de laboratorio, ejemplo: si el laboratorio se efectúa el sábado, a más tardar el martes siguiente se entregará al docente. Entrega tardía: 10 % menos cada día. Si no cumple con los requisitos se devolverá el informe, con la condición de regresarlo el día siguiente, descontándosele 10 % por no cumplir con los requisitos y por cada día de retraso se descontará 10 % adicional.

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PRÁCTICA 7: MOLDEO POR INYECCIÓN DE UN AVIÓN MIRAGE F-1 CONTENIDOS

Aplicación de Proceso de Manufactura de Moldeo para Conformación de un Avión a escala Mirage F-1 OBJETIVOS El estudiante al finalizar la práctica, será capaz de:      

Reconocer el Polietileno como materia prima del avión y sus propiedades fundamentales. Identificar al proceso de inyección por moldeo como el más adecuado para realizar el avión a escala. Utilizar los equipos de protección personal y medidas de seguridad previo al uso de maquinaria. Reconocer partes y procedimientos para utilizar la máquina inyectora de plástico. Realizar el proceso de inyección de plástico en el molde. Realizar los procesos de acabado a la superficie del producto terminado. MATERIALES Y EQUIPO Item 1 2 3 4 5

Cantidad 1 1 1 1 1

Descripción Máquina Inyectora de Plástico Molde de acero del avión Mirage F-1 Polietileno Aceitero Desarmador

MARCO TEÓRICO Para esta práctica se va a realizar la aplicación de procesos de manufactura para elaborar un avión a escala Mirage F-1, el mismo que formaba parte del poder aéreo de la FAE en la guerra del CENEPA y que en la actualidad es considerado como el avión escuela de la Escuela Técnica de la Fuerza Aérea.

Figura 24. Avión Mirage F-1 FAE

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GUÍA DE PRÁCTICAS. MATERIALES Y PROCESOS DE MANUFACTURA El proceso de inyección de plástico consiste en inyectar un polímero en estado fundido en un molde a través de un orificio llamado vertedero. Este proceso es muy utilizado para realizar productos de gran consumo y la materia prima se puede transformar en un producto terminado en un solo paso. Las características más importantes de este proceso son:     

El producto se lo obtiene en una sola etapa. El proceso puede ser manual o automático. Se necesita poco o ningún trabajo sobre la pieza terminada (finishing). El producto terminado es de buena calidad en función del molde utilizado. Las condiciones de fabricación y producción son fácilmente reproducibles.

El proceso de manufactura para obtención de una pieza de plástico por inyección, sigue una secuencia de operaciones que se repite para cada pieza. (ciclo de inyección). Estas fases o etapas son:      

Cierre del molde Proceso de Inyección Plastificación o dosificación Enfriamiento Apertura del molde Expulsión del producto terminado.

Figura 25. Proceso de inyección de plástico

Con el cierre del molde se inicia el ciclo de inyección, preparándolo para recibir la inyección del material fundido. En esta fase se aplica una fuerza de cierre importante ya sea de manera manual, hidráulica o mecánica para mantener hermético el molde durante la inyección. El molde tiene una abertura, la misma que se conecta a la boquilla de la máquina de inyección. Una vez que se ha cerrado el molde, empieza la fase de llenado o inyección, en donde el mecanismo de la unidad de inyección, introduce al molde el plástico fundido a una presión elevada dependiendo de la cantidad de material a inyectar y de las características del proceso. La finalidad de esta fase es llenar el molde con una cantidad suficiente de material. En esta fase es muy importante controlar variables tales como: Presión de inyección, Velocidad de Inyección y temperatura del material.

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GUÍA DE PRÁCTICAS. MATERIALES Y PROCESOS DE MANUFACTURA El material fundido que entra al interior del molde, se solidifica tomando la forma del interior del molde. Los materiales utilizados para los moldes están sujetos al cambio de temperatura por el proceso de enfriamiento del polímero en el proceso de inyección por moldeo. Durante el enfriamiento del material, éste se contare dentro del molde. Por esta razón se añade una cantidad de material suficiente, para que el volumen de la pieza sea el deseado. En la etapa de plastificación, intervienen factores tales como: velocidad de giro del husillo, presión de cierre y succión, factores que garantizan una adecuada plastificación y homogenización del material. La temperatura de inyección es importante en razón de que los polímeros requieren alcanzar cierto grado de temperatura, para obtener condiciones ideales de viscosidad y fluidez para poderse realizar la inyección. Al momento que el material polimérico es introducido a la tolva en pequeños pelets, pasa al cilindro de inyección, en donde pasa por una zona donde existen resistencias eléctricas que funden el material previo al ingreso del molde. Cuando se considera que el material de la pieza ha alcanzado la temperatura de extracción, el molde se abre y se expulsa la pieza del interior del molde para reiniciar el ciclo de inyección. El proceso de enfriamiento es más lento en el centro de la pieza ya que los plásticos son pocos conductores del calor. El calor cedido por la solidificación se expande a través de las capas más externas de las paredes del molde. Este tiempo de enfriamiento dependerá del tamaño y tipo de pieza que se encuentra dentro del molde. PROCEDIMIENTO Proceso de Inyección de Plástico Previo al proceso de inyección, verifique que la máquina inyectora se encuentre conectada a una fuente de energía eléctrica, que el molde de inyección se encuentre montado en la máquina inyectora y que exista pellets de polímero.

Figura 26. Equipo y Material para el proceso de Inyección de Plástico

Siga las siguientes instrucciones: 1. Proceda a colocar los pellets de plástico en la tolva de la máquina. 2. Encienda la máquina inyectora de plástico y espere unos minutos hasta que la temperatura de la cámara de calentamiento se encuentre a 145 °C. 3. Asegure fuertemente con la palanca manual los moldes. 4. Con la palanca de inyección proceda a inyectar el material fundido en el molde. 5. Espere unos minutos y proceda a destapar el molde.

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GUÍA DE PRÁCTICAS. MATERIALES Y PROCESOS DE MANUFACTURA 6. Retire lentamente con la ayuda de un desarmador plano el producto inyectado. 7. Retire las rebabas de material existentes del proceso de inyección.

Figura 27. Proceso de inyección del avión Mirage F-1 terminado.

TAREA COMPLEMENTARIA Una vez terminado el proceso de inyección, se pintará la aeronave con todos los detalles y acabados de una aeronave militar ecuatoriana, luego se le pondrá una base.

Figura 28. Avión Mirage F-1

BIBLIOGRAFÍA       

Schey, Jhon F. (2002) Procesos de Manufactura, México, México. McGraw-Hill, 3a. Edición Swift, K. G., Booker J. d. (2003) Process Selection, Oxford, Butterworth Heinemann, Second Edition. Neely, J. E., Kibbe, R.R. y García Diaz, R. (1992) Materiales y Procesos de Manufactura. México D. F. Limusa. Bawa H.S, (2007) Procesos de Manufactura, México, McGraw-Hill,1ra. Edición Ashby Michael, (2005), Materials Selection in Mechanical Design, Tercera edición, Oxford. www.astm.org/ www.matweb.com/

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Cuadro de rúbricas de la Evaluación Aspectos a Evaluar: Práctica 7: MOLDEO POR INYECCIÓN DE UN AVIÓN MIRAGE F-1 Nombre del Estudiante: Portada, en Arial o Times New Roman 12. Contiene: logotipo de la Universidad de las Fuerzas Armadas –ESPE, de la Escuela Técnica de la Fuerza Aérea, de la Carrera de Tecnología Superior en Ciencias Militares Aeronáuticas; Nombre de la Práctica, Nombres de los integrantes, fecha de entrega, Nombre del docente. Objetivos Entrega del Avión terminado con su respectiva base o pedestal Completar las tablas de datos con cálculos correctos Tarea complementaria Investigación efectuada en libros, revistas, sitios web confiables Análisis de resultados y Manejo de la Información Conclusiones: Comparación de los resultados experimentales con lo reportado por documentos técnicos, indicar si se lograron los objetivos y por qué. Demuestra actitud de colaboración, trabajo en equipo y respeto con el grupo La redacción debe estar en forma impersonal clara y concisa y la ortografía impecable. Utiliza equipo de protección personal (individual) Cálculos erróneos (grupal) No lleva guía de laboratorio (individual) Forma de entrega p: Por correo electrónico, formato pdf identificado como Práctica 7-(Nombre del Grupo) al correo del docente. Si es impreso, la entrega se la realizará en forma personal al docente.

TOTAL

Puntaje máximo

Puntaje Obtenido

Requisito Requisito 30 10 10 10 10 25 Requisito 5 -10 -10 -10 -10 por cada día de retraso

100

Firma del Docente:

El informe se entregará tres días después de la práctica de laboratorio, ejemplo: si el laboratorio se efectúa el sábado, a más tardar el martes siguiente se entregará al docente. Entrega tardía: 10 % menos cada día. Si no cumple con los requisitos se devolverá el informe, con la condición de regresarlo el día siguiente, descontándosele 10 % por no cumplir con los requisitos y por cada día de retraso se descontará 10 % adicional.

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PRÁCTICA 8: ELABORACIÓN DE UNA AERONAVE MILITAR FAE A ESCALA CONTENIDOS

Aplicación de Procesos de Manufactura de shaping, joining y finishing para elaborar una Aeronave Militar FAE a escala. OBJETIVOS El estudiante al finalizar la práctica, será capaz de:     

Identificar los procesos de shaping, joining y finishing para realizar una aeronave militar a escala. Aplicar procesos de limado, taladrado, doblado, soldadura, remachado y tratamiento superficial para realizar una aeronave militar a escala. Utilizar los equipos de protección personal y medidas de seguridad previo al uso de maquinaria. Utilizar información técnica de planos de construcción. Realizar diagramas de procesos del trabajo realizado. MATERIALES Y EQUIPO Item 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Cantidad 1 2 2 1 1 1 4 1 1 1 1

Descripción Platina de 180 mm*40mm*10mm (Fuselaje) Platinas de 90 mm*15mm*10mm (Toberas) Láminas 90 mm*45mm*3mm ( Alas) Lámina 210mm*50mm*2mm (Base) Lámina 110mm*12mm*2mm (Soporte) Electrodo E6011 Remaches POP Limas finas y de desbaste Rayador Máquina dobladora de metal Máquina para soldadura eléctrica

A continuación se presentará planos referenciales de una de varias opciones de aviones militares que posee la FAE, el estudiante tendrá la opción de escoger a su elección el modelo que prefiera.

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PROCEDIMIENTO Siga las siguientes instrucciones: 1. Utilice el equipo de protección adecuada para el trabajo. 2. Realice el procedimiento de shaping de cada una de las piezas de la aeronave, a través de procesos de limado. 3. Realice el procedimiento de joining de cada una de las piezas de la aeronave, a través de procesos de soldadura. 4. Realice el procedimiento de shaping de la base y soporte, a través de procesos de doblado y taladrado. 5. Realice el procedimiento de finishing de la aeronave militar a escala, a través de procesos de niquelado, cromado o pintado. TAREA COMPLEMENTARIA Una vez terminado el proceso de conformado, se cromará, niquelará o pintará la aeronave con todos los detalles y acabados de una aeronave militar ecuatoriana, finalmente se le pondrá una base.

Figura 29. Aeronave Militar FAE a escala

BIBLIOGRAFÍA       

Schey, Jhon F. (2002) Procesos de Manufactura, México, México. McGraw-Hill, 3a. Edición Swift, K. G., Booker J. d. (2003) Process Selection, Oxford, Butterworth Heinemann, Second Edition. Neely, J. E., Kibbe, R.R. y García Diaz, R. (1992) Materiales y Procesos de Manufactura. México D. F. Limusa. Bawa H.S, (2007) Procesos de Manufactura, México, McGraw-Hill,1ra. Edición Ashby Michael, (2005), Materials Selection in Mechanical Design, Tercera edición, Oxford. www.astm.org/ www.matweb.com/

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Cuadro de rúbricas de la Evaluación Aspectos a Evaluar: Práctica 8: ELABORACIÓN DE UNA AERONAVE MILITAR FAE A ESCALA Nombre del Estudiante: Portada, en Arial o Times New Roman 12. Contiene: logotipo de la Universidad de las Fuerzas Armadas –ESPE, de la Escuela Técnica de la Fuerza Aérea, de la Carrera de Tecnología Superior en Ciencias Militares Aeronáuticas; Nombre de la Práctica, Nombres de los integrantes, fecha de entrega, Nombre del docente. Objetivos Entrega de la aeronave a escala terminada Completar las tablas de datos con cálculos correctos Tarea complementaria Investigación efectuada en libros, revistas, sitios web confiables Análisis de resultados y Manejo de la Información Conclusiones: Comparación de los resultados experimentales con lo reportado por documentos técnicos, indicar si se lograron los objetivos y por qué. Demuestra actitud de colaboración, trabajo en equipo y respeto con el grupo La redacción debe estar en forma impersonal clara y concisa y la ortografía impecable. Utiliza equipo de protección personal (individual) Cálculos erróneos (grupal) No lleva guía de laboratorio (individual) Forma de entrega p: Por correo electrónico, formato pdf identificado como Práctica 8-(Nombre del Grupo) al correo del docente. Si es impreso, la entrega se la realizará en forma personal al docente.

TOTAL

Puntaje máximo

Puntaje Obtenido

Requisito Requisito 30 10 10 10 10 25 Requisito 5 -10 -10 -10 -10 por cada día de retraso

100

Firma del Docente:

El informe se entregará tres días después de la práctica de laboratorio, ejemplo: si el laboratorio se efectúa el sábado, a más tardar el martes siguiente se entregará al docente. Entrega tardía: 10 % menos cada día. Si no cumple con los requisitos se devolverá el informe, con la condición de regresarlo el día siguiente, descontándosele 10 % por no cumplir con los requisitos y por cada día de retraso se descontará 10 % adicional.