DANIEL DÍAZ DÍAZ - TRABAJO MATERIALES ASHBY

8/13/2019 DANIEL DÍAZ DÍAZ - TRABAJO MATERIALES ASHBY

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Módulo 01: Elementos de máquinas

Colegio SALESIANOS ATOCHA. Dpto. de Mecanizado-Mantenimiento. Ronda de Atocha 27. 28012 MADRID 1

Ciclos Formativos de Grado Medio y Superior. Técnico en Mecanizado

Ciclos Formativos Grado

Superior

Técnico en Mecatrónica

Módulo 01Elementos de máquinas

Selección de materiales por el

método Ashby Daniel Díaz Díaz

21/11/2013 VºBº

Jesus Manuel García Alonso






ÍNDICE

INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………………………PAG. 2

CLASIFICACIÓN Y PROPIEDADES DE LOS MATERIALES ……………………….PAG. 3-5

MÉTODOS DE SELECCIÓN RÁPIDA………………………………………………………PAG. 6-7

o MÉTODO DE INDICES SUCESIVOS

o MÉTODO DE FACTORES DE PONDERACIÓN

o MÉTODO DE LÓGICA DIFUSA

MÉTODOS DE RESTRICCIÓN ACTIVA………………………………………………….PAG. 8-11

o MÉTODO ANALÍTICO

o MÉTODO GRÁFICO

o MÉTODO DE MÚLTIPLES OBJETIVOS Y RESTRICCIONES

o MÉTODO DE CONSTANTES DE CAMBIO Y FUNCIONES DE VALOR

CONCLUSIÓN………………………………………………………………………………………..PAG. 11

BIBLIOGRAFÍA……………………………………………………………………………………….PAG. 11






CLASIFICACIÓN Y PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

Para comenzar con el diseño de nuestra pieza, lo primero es saber los factores o

propiedades que van a afectar y limitar el diseño de esta, y los materiales de los que

disponemos agrupados en este caso en 6 grupos con propiedades similares. A continuación se

muestran una tablas con los grupos de materiales y los límites de diseño básicos :






En este gráfico tenemos un ejemplo de cómo se agrupan los diferentes tipos de

materiales en relación con la fuerza y la densidad.

Una vez conocemos los materiales y las propiedades que los afectan, podemos

comenzar a realizar el estudio del material a elegir en función de: qué va a hacer mi material,

qué propiedades tienen más importancia en el diseño, qué propiedades puedo permitir o

cuáles no. Para ello disponemos de diferentes métodos: de selección rápida (índices sucesivos,

factores de ponderación y lógica difusa) y de restricción activa (analítico, gráfico, múltiples

objetivos y restricciones, y constantes de cambio y funciones de valor).

La selección de nuestro material como ya se ha dicho debe superar ciertas

restricciones, esto genera unas características que normalmente son divergentes (los

materiales ligeros son más caros).

Un diseñador experimentado se puede permitir realizar métodos de selección

subjetivos que son más rápidos (índices sucesivos, factores de ponderación y lógica difusa),

aunque también existen modelos que eliminan esta subjetividad pero tienen sus limitaciones

(analítico, gráfico, múltiples objetivos y restricciones, y constantes de cambio y funciones de

valor).






METODOS DE SELECCIÓN RÁPIDA

Método de índices sucesivos: es una forma rápida de seleccionar un material que

cumpla un objetivo y una restricción de diseño.

Para seleccionar el material debemos establecer unos índices para las restricciones a las que seva a someter nuestro material.

Por ejemplo para una viga el objetivo es que tenga el mínimo peso y las restricciones

de nuestro material serían la rigidez y la resistencia, a estas restricciones se les da un índice

(M1 y M2) que relaciona la rigidez y la resistencia con el peso. Con estos índices hallaremos

subconjuntos de materiales que se ajusten a las especificaciones por medio de cálculo y tablas

o gráficos. Seguidamente se identifican los materiales comunes en ambos subconjuntos y

dependiendo del valor y de la importancia de cada índice seleccionaremos el material

adecuado. Es un método rápido pero subjetivo.

Método de factores de ponderación: con este método se puede reducir la subjetividad

de la selección del material. Para ello asignamos los índices de restricción y se

normalizan los índices no calculables (soldabilidad, vida útil, resistencia al desgaste,

etc.) asignándoles un valor numérico en función a su calificación (bueno o malo) y en






función a su importancia en el diseño (W). La suma más alta de estos índices será la del

material adecuado.

En este caso se descartaría el berilio por su toxicidad incompatible con el diseño, y

volviendo a calcular el orden relativo de los candidatos, el aluminio 6061 sería el material

seleccionado. Un inconveniente de este método es que pueden aparecer materiales

irrelevantes, además de su subjetividad.

Método de lógica difusa: Reduce aún más la subjetividad de los métodos anteriores.

Se asigna una probabilidad P a un material que tenga un índice (Mi) de

especificaciones en un determinado rango.

Y se asigna una aceptabilidad con un rango igual a 1 (parte estrecha) y un rango másamplio de aceptabilidad en la base.

Al superponer ambos gráficos se obtiene la importancia de cada material con su rango

de aceptación.

A pesar de la subjetividad este método afina mucho más la elección por el peso

(importancia) de las especificaciones requeridas.






MÉTODOS DE RESTRICCIÓN ACTIVA

Con estos métodos se elimina la subjetividad, ya que, se establecen múltiples

restricciones y se elige la más restrictiva para basar su diseño en ella.

Método analítico: se establece la cualidad más restrictiva y en relación a ella se hacen

una serie de operaciones para relacionar con las cualidades más importantes que debe

poseer nuestro material. Una vez hecho esto se selecciona el material que mejor

satisfaga nuestras restricciones. Es un método robusto, sistemático y que puede

analizar varias restricciones.

Ejemplo para seleccionar una viga ligera, resistente y rígida:

En este caso el Ti-6-4 sería el material que mejor satisface la restricción del peso en

función de la rigidez y la resistencia.

Método gráfico: tenemos un objetivo principal que se expresa con una función. Se

eliminan las variables libres usando cada restricción de diseño en una ecuación de

prestaciones (Pi), con el índice del material (Mi), los requisitos geométricos [gi(G)] y

funcionales [fi(F)]. Se representa en un gráfico donde sus ejes están definidos por el

índice (restricción) del material, la línea de acoplamiento (P1=P2) dividen en dos

regiones el gráfico con indices activos distintos. La caja de búsqueda se mueve sobre la

línea de acoplamiento.






Existen varios tipos de métodos gráficos para la selección de materiales. Una vez se

seleccionado el grupo de materiales adecuado debemos buscar el que mejor se ajuste a

nuestras especificaciones.






Método de múltiples objetivos y restricciones: tenemos varios objetivos que se deben

cumplir, esto no puede expresarse en unidades comparables. Por ejemplo aquí se

busca que el material sea rígido con un mínimo peso y coste.

Método de constantes de cambio y funciones de valor: En caso de que aparezcan

objetivos múltiples no comparables, se hacen necesarias las constantes de cambio

para expresar en las mismas unidades una función de valor que guíe la selección. El

problema de tener varias restricciones se puede solucionar relacionando los objetivos

en uno compuesto por una función de valor, que requiere una constante k, para los

objetivos de diseño se suele utilizar el coste k=€. Cada producto tiene un coste de

fabricación, una utilidad y un precio. Estos datos aplicándolos a unas formulas nos danuna serie de resultados que según nuestras especificaciones serán los elegidos para el

diseño de nuestra pieza.

Antes confirmar la selección del material que vamos a utilizar debemos seleccionarlo dentro

de un subconjunto o grupo de materiales, para realizar una correcta selección debemos cribar

los materiales seleccionados. Para asegurarnos de que elegimos el que más se ajusta a

nuestras necesidades, debemos contrastar nuestra información para asegurarnos de que






nuestra elección es la correcta, disponemos de bases de datos donde nos indican

comportamientos de materiales en distintas atmosferas o condiciones, funcionalidad del

material, valores exactos de las propiedades del material, problemas documentados, etc.

Podemos encontrar esta información en libros específicos o internet.

CONCLUSIÓN

Podemos resumir este trabajo en que disponemos de varios métodos, la mayoría con

una combinación de cálculos y operaciones donde se relacionan cualidades del material y

necesidades del producto con una representación gráfica para la selección del mejor material

con las propiedades que exija el diseño. Según la experiencia del diseñador podemos escoger

unas u otras.

BIBLIOGRAFÍA

- Materials Selection in Mechanical Design. 3rd Ed. Michael F. Ashby.

- Apuntes proporcionados por el profesor: Fundamentos mapas, selección de materiales

y uso de bases de datos.

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