Tecnologia de la Fabricació i Tecnologia de Màquines

ENGINYERIA INDUSTRIAL
TECNOLOGIA DE
LA FABRICACIÓ I
TECNOLOGIA DE
MÀQUINES
Guia de l’assignatura
ENGINYERIA INDUSTRIAL
25028 Tecnologia de la fabricació i tecnologia de màquines. Guia de l’assignatura
Aprovada en C.A.A de data 8/06/05
1
Crèdits: 6
Crèdits ECTS: 4,8
Tipus Troncal
Coordinador: Jasmina Casals
Altres Professors: Xavier Salueña, Jasmina Casals, Laura Carrion
Departament: Enginyeria Mecànica
Presentació
L’assignatura de Tecnologia de la Fabricació i Tecnologia de Màquines engloba tant el disseny com la
fabricació de peces.
La tecnologia de màquines és la ciència encarregada d’estudiar el disseny apropiat dels elements que
componen una màquina per el seu adequat funcionament, mentre que la tecnologia de la fabricació
es pot definir com la ciència encarregada de l’estudi de la transformació dels materials metàl·lics per a
l’obtenció d’aquestes peces.
Actualment, i atès la competència, la variabilitat del producte, l’augment de la qualitat i la disminució
dels temps de lliurament, s’aplica un concepte denominat enginyeria concurrent, en el qual tots les
departaments implicats en un producte (disseny, compra, venda, fabricació...), han d’intervenir en la
seva concepció de manera paral·lela. És important que l’enginyer industrial serveixi d’unió
entre el
disseny i la fabricació.
Degut a que en l’actualitat, els metalls segueixen sent els materials més utilitzats en la fabricació,
aquesta assignatura és clau per a obtenir la base del coneixement dels actuals mètodes de càlcul i
transformació.
Coneixements previs
No són necessaris a priori cap coneixement previ, encara que poden ser útils en alguns mòduls,
coneixements de resistència de materials i dibuix tècnic per a la representació de peces en plànols.
Objectius generals
Els objectius bàsics que tracta aquesta assignatura són els següents:
Coneixement per part de l’estudiant dels processos bàsics de manufactura moderna de materials
metàl·lics. Capacitat d’elecció d’un mètode concret segons els tipus de peça, les seves propietats i
característiques, nombre de peces a fabricar...
Conèixer alguns procediments de càlcul per tal de dissenyar diferents elements de les màquines,
atenent als criteris de falla més comuns, i a les implicacions de la fatiga dels materials.
Coneixement de bibliografia, fonts d’informació, normatives, centres tecnològics, webs d’interès...que
permetin a l’estudiant actualitzar els seus coneixements, després d’haver superat l’assignatura.
ENGINYERIA INDUSTRIAL
25028 Tecnologia de la fabricació i tecnologia de màquines. Guia de l’assignatura
Aprovada en C.A.A de data 8/06/05
2
Temari
Mòdul 1.
1. Introducció
1.1 Introducció a la tecnologia mecànica
1.2 Materials utilitzats en la indústria
1.3 Procediments tecnològics per a l’obtenció de peces
1.4 Fabricació flexible i tècniques avançades
2. Normalització i toleràncies
2.1 Normalització
2.2 Tolerància
2.3 Ajustos
3. Tractaments tèrmics
3.1 Recuit
3.2 Temple i recuit
3.3 Normalitzat
4. Moldeig de peces metàl·liques
4.1 Introducció al moldeig
4.2 Motlles desechables
4.3 Mètodes de moldeig amb motlles de sorra
4.4 Motlles permanents
4.5 Forns
4.6 Defectes en el moldeig
2 hores
6 hores
3 hores
5 hores
Mòdul 2.
5. Fonaments de càlcul de columnes
5.1 Conveni de signes a Resistència de materials
5.2 Esforç normal a flexió
5.3 Relació de corbatura
5.4 Relació tensió-deformació
5.5 eix neutre d’una secció
5.6 Equació de l’elàstica
5.7 Teorema dels eixos paral·lels de Steiner
6. Columnes amb càrrega axial central
6.1 Definició i classificació de columnes. Vinclament
6.2 Tipus de sustentació
6.3 Longitud equivalent
6.4 Càrrega crítica d’Euler. Esveltesa real, equivalent
6.5 Diagrama tensió crítica- esveltesa equivalent.
6.6 Mètode de Rankine
6.7 Mètode de Johnson
6.8 Esveltesa equivalent límit de Johnson
7. Columnes amb càrrega axial i excèntrica
7.1 Equació de la deformada i fletxa màxima
7.2 Tensió combinada màxima
8. Columnes amb càrrega lateral uniforme i axial central
8.1 Equació de la deformada i fletxa màxima
8.2 Tensió combinada màxima
9. Tirants amb càrrega lateral uniforme i axial central
9.1 Equació de la deformada i fletxa màxima
9.2 Tensió combinada màxima
10. Bigues de forta corbatura
10.1 Distribució d’esforços
10.2 Eix neutre i eix centroidal
4 hores
5 hores
2 hores
1 hora
1 hora
3 hores
ENGINYERIA INDUSTRIAL
25028 Tecnologia de la fabricació i tecnologia de màquines. Guia de l’assignatura
Aprovada en C.A.A de data 8/06/05
3
10.3 Esforços màxims
10.4 Exemples de diferents seccions característiques
Mòdul 3.
11. Conformat per forjat en calent
11.1 Introducció a la forja
11.2 Procés de forja o estampació en calent
11.3 Maquinaria utilitzada en forja
11.4 Forjat amb estampes
12. Deformació metàl·lica en fred
12.1 Procés de deformació metàl·lica en fred
12.2 Punzonado
12.3 Matrius
12.4 Optimització del treball de punzonado
13 Mecanitzat per arranque de viruta
13.1 Introducció al mecanitzat
13.2 Processos d’arranc de ferritja
13.3 Procés de torneado
13.4 Operacions en torneado
13.5 Temps i costos del procés
13.6 Força i arranc de tall
3 hores
5 hores
6 hores
Mòdul 4.
14. Tensions de contacte o de Hertz
14.1 Exemples de sistemes de rodadura
14.2 Equacions de Hertz
14.3 Distribucions d’esforços normals i tallants en esferes a compressió
14.4 Distribucions d’esforços normals i tallants en cilindres a compressió radial
14.5 Efecte de la lubricació. Efecte de la fatiga superficial
14.6 Factor d’esforç-càrrega de Buckingham
15. concentració de tensions
15.1 Concentradors de tensions
15.2 Trencament per fatiga
15.3 Explicació dels gràfics per trobar el coeficient de concentració de tensions
16. Límit de resistència la fatiga
16.1 Assaig normalitzat de resistència a la fatiga a flexió pura
16.2 Límit de resistència a la fatiga d’una proveta i d’una peça de màquina
16.3 Fatiga de baix i alt ciclatge. Concepte de vida finita i infinita
17. Mètode dels coeficients modificatius
17.1 Coeficient d’acabat superficial
17.2 Coeficient de tamany i dimensió efectiva equivalent
17.3 Coeficient de temperatura
17.4 Coeficient de càrrega
17.5 Coeficient de confiabilitat
17.6 Coeficient de sensibilitat enfront l’esforç dinàmic
17.7 Sensibilitat a l’entalla
18. Seguretat a fatiga
18.1 Diagrames resistència a la fatiga-sol·licitació aplicada
18.2 Paràbola de Gerber
18.3 Línies de Goodman i de Soderberg
18.4 Sol·licitació amb combinacions d’esforços
18.5 Estat de tensions del cos lliure
18.6 Tensió equivalent de Von Mises
19. Càlcul d’eixos a fatiga
2 hores
1 hora
1 hora
2 hores
2 hores
8 hores
ENGINYERIA INDUSTRIAL
25028 Tecnologia de la fabricació i tecnologia de màquines. Guia de l’assignatura
Aprovada en C.A.A de data 8/06/05
4
19.1 Utilitat pràctica de les teories de falla per dimensionar eixos estàtics i dinàmics
19.2 Teoria de l’esforç principal màxim
19.3 Teoria de la torsió simple
19.4 Teoria de la flexió simple
19.5 Teoria de la torsió i flexió combinades
19.6 Teoria de l’energia de distorsió
19.7 Criteri el·líptic
19.8 Criteri de l’esforç tangencial màxim
Objectius específics dels mòduls
n
Mòdul 1
Obtenir una visió general de l’ estat actu al dels processos de fabricació metàl.lica, per a continuació
profunditzar en la normatització, processos de tractaments tèrmics i moldeix. Es descriuen les seves
aplicacions, formes de càlcul, estat actual i futur.
n
Mòdul 2
Conèixer el comportament dels elements de màquines, que actuen com columnes, tirant i bigues amb
forta curvatura, sotmesos a diferents tipus de càrregues.
n
Mòdul 3
Aprofundir en els coneixements de processos com la deformació de metall en fret i en calent, així com
en el mecanitzat. L’al umne coneixerà per cadascun dels processos les seves característiques,
aplicacions, càlculs bàsics, estat actual i futur.
n
Mòdul 4
Assolir amb claredat, els conceptes bàsics relacionats amb les tensions superficials , les
concentracions de tensions i la resistència a la fatiga dels elements de màquines, fent -ne algunes
aplicacions específiques.
Metodologia de treball
La metodologia més adequada per a l’estudi d’aquesta assignatura consisteix en assistir a les classes
de teoria i problemes i realitzar tots els problemes proposats. L’estudiant ha d’entendre la teoria i
profunditzar en l’estudi dels problemes, la base per aprovar aquesta assignatura.
Sessions teoria, problemes
Es realitzaran dues sessions de teoria i dos de problemes per setmana.
Organització en mòduls i temps de dedicació de l’estudiant
Mòdul
Mòdul 1: Introducció a la fabricació, normalització, tractament
i moldeig de peces metàl·liques
Mòdul 2: Disseny de columnes
Mòdul 3: Deformació metàl·lica i mecanitzat
Temps de
Classe
Temps
d’estudi
Temps
total
16 hores
16 hores
32 hores
16 hores
16 hores
12 hores
20 hores
28 hores
36 hores
ENGINYERIA INDUSTRIAL
25028 Tecnologia de la fabricació i tecnologia de màquines. Guia de l’assignatura
Aprovada en C.A.A de data 8/06/05
Mòdul 4: Sistemes de rodadura i fatiga de materials
16 hores
5
12 hores
28 hores
Importància i dificultat dels mòduls
És important estar molt atent a la reso lució de problemes i als conceptes bàsics de cada tema. No es
tracta de memoritzar els processos.
Materials
Bibliografia bàsica
J.E. Shigley / Ch. Mischke, “Diseño en Ingeniería Mecánica”, McGraw-Hill 6ª edición junio 2002
X. Salueña, A. Nápoles, “Tecnología Mecánica”, Ed. UPC 2001
X. Salueña, J. Casals, J.A. Ortiz, “El universo de la tecnología mecánica”, Ed. UPC 2003
Bibliografia complementària
Arias Lasheras, Tecnologia Mecánica i Metrotécnia, Ed. Donostiarra 1990
Coca-Rosique, Tecnología mecánica i Metrotécnia, Ed. Pirámide 1990
Groover, Fundamentos de manufactura moderna, Ed. Prentice Hall 1997
Neely, Materiales y procesos de manufactura , Ed. Limusa 1992
Avaluació
Degut a l’extensió i diversitat del temes que hi han en aquesta assignatura, es precís que l’estudiant
vagi comprovant en cadascun dels mòduls els seus coneixements. És per això que s’ha cregut lògic
realitzar una avaluació continuada.
Descripció de les activitats de l’avaluació continuada
- Problemes proposats
Al llarg del curs, el s professors proposaran 10 problemes que estaran a disposició dels estudiants en
el Servei de Reprografia i el Campus Digital. Aquests problemes s’han de resoldre per part de
l’estudiant i lliurar-los després d’una setmana de la seva proposta a classe.
La correcció dels problemes lliurats, no seran retornats als estudiants, en el seu lloc i per a que
l’estudiant comprovi els resultats obtinguts, es lliurarà al Servei de Reprografia i el Campus Digital la
solució detallada dels mateixos.
La suma de les qualificacions dels problemes proposats (PR), representa el 10% de la nota final
NPR= 0.1(PR)
Avaluació final
La nota final s’obtindrà de la nota dels exàmens parcials i la nota dels problemes proposats.
- Exàmens parcials
Es realitzaran dos exàmens parci als al llarg del curs. Aquests representaran el 90% de la nota final
(NF). El contingut d’aquests exàmens són bàsicament problemes.
El 1r examen parcial (1P), consta dels dos primers mòduls, i representa el 30% de la nota final. El 2n
examen (2P), consta dels mòduls 3 i 4, i representa el 60% de la nota final.
ENGINYERIA INDUSTRIAL
25028 Tecnologia de la fabricació i tecnologia de màquines. Guia de l’assignatura
Aprovada en C.A.A de data 8/06/05
6
NP= 0.3(1p)+0.6(2p)
En l’examen només es disposarà d’un quadern per parcial amb les taules del curs, que es deixaran al
Servei de Repografia i al Campus Digital, paper d’esborrador, bolígraf i calcu ladora. No està permès
fumar en els exàmens.
- La nota final de l’assignatura
La nota final és la suma de la nota dels parcials i de la nota dels problemes proposats
NF= NP + NPR
On,
NP és la nota corresponent als exàmens parcials
NPR és la nota corresponent als problemes proposats