Manufactura ingenieria y tecnologia 5ed kalpakjian

ManufacturA,INGENIERA YTecNOLOGAMa

nu

fac

tu

rA

,IN

GEN

IERA

YT

ecN

OLO

GA

Q U I N T A E D I C I N

S. Kalpakjian S. R. SchmidS. Kalpakjian S. R. Schmid

QUINTAEDICIN

Esta nueva edicin de Kalpakjian est dirigida a los estudiantes de las licenciaturas de manufac-tura, en el nivel tcnico, de ingeniera en manufactura, ingeniera mecnica e ingeniera industrial.

El contenido se actualiz en su totalidad y aborda aspectos fundamentales para la manufactura moderna, desde los temas tradicionales como los procesos de fundicin, formado, maquinado y unin, hasta temas avanzados como la fabricacin de dispositivos microelectrnicos y siste-mas microelectromecnicos (MEMS).

Lo nuevo en esta edicin:

Cada captulo comienza con una breve descripcin de los objetivos del captulo, los temas por tratar y su relevancia.

Presenta dos captulos relativos a los temas de dispositivos microelectrnicos y microelectromecnicos y sistemas de manufactura, incluyendo el MEMS.

Se incluyen alrededor de 120 ejemplos y estudios de caso.

Se actualizaron las preguntas y los problemas de cada captulo, de los cuales aproxi-madamente 20% son nuevos.

La mayora de las ilustraciones se modificaron para mejorar el impacto grfico y la claridad, adems de agregar una gran cantidad de fotografas.

CourseCompass es una plataforma para cursos en lnea que Pearson Educacin ofrece como apoyo para sus libros de texto. Este libro cuenta con un curso precargado en CourseCompass, que incluye lecturas en PowerPoint, recursos para el profesor, manual de soluciones, proyectos para tareas y Test Gen (generador de exmenes).

Para mayor informacin visite la pgina:

www.pearsoneducacion.net/kalpakjian

Kalpakjian

Schmid

TM

LISTA DE TABLAS EN EL LIBRO

Introduccin GeneralI.1 Nmero de partes en algunos productos 2I.2 Desarrollo histrico de materiales y procesos de manufactura 5I.3 Caractersticas generales de manufactura de diversas

aleaciones 17I.4 Compensacin por hora aproximada relativa para trabajadores

manufactureros, 2003. Estados Unidos = 100. Los costos decompensacin varan dependiendo de los beneficios y lasprestaciones 40

Part I Fundamentos de materiales: Comportamientoy propiedades de manufactura

1.1 Tamaos de grano 551.2 Rangos de temperatura homloga para diferentes procesos 602.1 Propiedades mecnicas relativas de diversos metales a

temperatura ambiente, en orden decreciente. Los metales seencuentran en forma de aleacin 65

2.2 Propiedades mecnicas de diversos materiales a temperaturaambiente 67

2.3 Valores caractersticos para K y n a temperatura ambiente 722.4 Rangos caractersticos de deformacin y de velocidad de

deformacin en procesos de manufactura 753.1 Propiedades fsicas de diversos materiales a temperatura

ambiente 1033.2 Propiedades fsicas de materiales, en orden descendente 1043.3 Relacin de esfuerzo mximo a la fluencia con respecto a la

densidad de algunos metales 1044.1 Descripcin de los procesos de tratamiento trmico para

endurecimiento superficial 1385.1 Seleccin tpica de aceros al carbono y aleados para diversas

aplicaciones 1565.2 Propiedades mecnicas caractersticas de aceros al carbono y

aleados seleccionados, en condiciones de laminado en caliente,normalizado y recocido 159

5.3 Denominacin AISI para hoja de acero de alta resistencia 1605.4 Propiedades mecnicas a temperatura ambiente y aplicaciones

tpicas de aceros inoxidables recocidos seleccionados 1625.5 Tipos bsicos de aceros para matrices y herramentales 1635.6 Caractersticas de procesamiento y de servicio de aceros

comunes para matrices y herramentales 1645.7 Materiales tpicos para matrices y herramental para trabajo

de los metales 1656.1 Costo aproximado por unidad de volumen para metales

forjables y plsticos, en relacin con el costo del acero alcarbono 170

6.2 Caractersticas generales de los metales y aleaciones noferrosas 170

6.3 Propiedades de aleaciones seleccionadas de aluminio atemperatura ambiente 171

6.4 Propiedades de manufactura y aplicaciones tpicas dealeaciones forjables de aluminio seleccionadas 172

6.5 Propiedades y formas tpicas de aleaciones forjables demagnesio seleccionadas 176

6.6 Propiedades y aplicaciones tpicas de aleaciones forjables decobre y latones seleccionadas 177

6.7 Propiedades y aplicaciones tpicas de bronces forjablesseleccionadas 178

6.8 Propiedades y aplicaciones tpicas de aleaciones de nquelseleccionadas (todos son nombres comerciales) 179

6.9 Propiedades y aplicaciones tpicas de superaleaciones basenquel seleccionadas a 870 C (1600 F) (todos son nombrescomerciales) 180

6.10 Propiedades y aplicaciones tpicas de aleaciones de titanioseleccionadas a diferentes temperaturas 181

7.1 Gama de propiedades mecnicas para diversos plsticos deingeniera a temperatura ambiente 192

7.2 Temperaturas de transicin vtrea y de fusin de algunospolmeros 201

7.3 Recomendaciones generales para productos plsticos 2097.4 Nombres comerciales de polmeros termoplsticos 2098.1 Tipos y caractersticas generales de los cermicos 2228.2 Propiedades de diversos cermicos a temperatura ambiente 2258.3 Propiedades de diferentes vidrios 2309.1 Tipos y caractersticas generales de los materiales

compsitos 2409.2 Propiedades caractersticas de las fibras de refuerzo 2429.3 Materiales y aplicaciones de compsitos de matriz

metlica 2529.4 Resumen de propiedades de fibras y materiales para un caliper

automotor de frenos 253

Parte II Procesos y equipo para la fundicin de metales10.1 Contraccin o dilatacin volumtrica por solidificacin para

diversos metales fundidos 27511.1 Resumen de procesos de fundicin 28611.2 Caractersticas generales de los procesos de fundicin 28811.3 Propiedades y aplicaciones caractersticas de algunas aleaciones

comunes de fundicin a presin en matriz 30812.1 Tolerancia normal a la contraccin para algunos metales

fundidos en moldes de arena 32612.2 Aplicaciones comunes de las fundiciones y caractersticas de

fundicin 33412.3 Propiedades y aplicaciones comunes de los hierros

fundidos 33412.4 Propiedades mecnicas de los hierros fundidos grises 33512.5 Propiedades y aplicaciones comunes de las aleaciones no

ferrosas fundidas 33512.6 Caractersticas generales de los costos de los procesos de

fundicin 337

Parte III Procesos y equipo de formado y moldeadoIII.1 Caractersticas generales de los procesos de formado y

moldeado 34614.1 Caractersticas generales de los procesos de forjado 37314.2 Intervalo de valores de k para la ecuacin 14.2 37814.3 Clasificacin de metales en orden decreciente de

forjabilidad 38614.4 Intervalos caractersticos de velocidades del equipo de

forjado 39014.5 Comparacin de diseos de soportes de suspensin del

automvil Lotus Elise 39515.1 Intervalos caractersticos de temperaturas de extrusin para

diversos metales y aleaciones 40616.1 Caractersticas generales de los procesos de formado de hojas

metlicas (en orden alfabtico) 42616.2 Caractersticas importantes de los metales en las operaciones de

formado de hojas (lminas) 43616.3 Radio mnimo de doblado para diversos metales a temperatura

ambiente 44216.4 Intervalos caractersticos de anisotropa normal promedio,

Rprom para diferentes hojas (lminas) metlicas 45417.1 Presiones de compactado para diversos polvos 49317.2 Temperatura y tiempo de sinterizacin para diversos

metales 49917.3 Propiedades mecnicas de materiales seleccionados de

P/M 50117.4 Comparacin de propiedades mecnicas de algunos metales

forjados y de P/M equivalentes (slo sinterizados) 50217.5 Comparacin de propiedades mecnicas de la aleacin de

titanio Ti-6AL-4V 50217.6 Partes de titanio forjadas y de P/M y ahorro en los costos 50918.1 Caractersticas generales del procesamiento de cermicos 514

FACTOR DE CONVERSIN PARA UNIDADES SI

PROPIEDAD PARA CONVERTIR DE A MULTIPLICAR POR

Aceleracin pie/s2 m/s2

ngulo grado radminuto radsegundo rad

rea pulg2 m2

pie2 m2

pulg2 mm2

pie2 mm2

Densidad lb/pulg3 kg/m3

Energa pie lb J 1.356Btu Jcalora J 4.184

JFuerza kgf N 9.807

lb N 4.448Longitud pulg m

pie mMasa lb kg

tonelada (mtrica) kgtonelada (corta) kg

Potencia hp WBtu/min Wpie lb/min W

Presin, esfuerzo lb/pulg2 Pabar Paatmsfera Pa

Trmica Btu/h pie F 1.730

Torque lb pulglb pie 1.356

Velocidad pie/min m/srpm rad/s

Volumen pulg3

pie3

pulg3

pie3

galn (EUA) litro 3.785

OTRAS CONVERSIONES lb/pulg2

lb/pulg3 g/cm3

MPa 9.807Btu/h pie F cal/s cm Conza gmicropulgada micraangstrom mtonelada mtrica kgtonelada corta lb 2.240 * 103

10310-102.540 * 10-22.835 * 104.134 * 10-3####

kg>mm22.768 * 107.030 * 10-4kgf>mm2

2.832 * 107mm31.639 * 104mm32.832 * 10-2m31.639 * 10-5m31.047 * 10-15.080 * 10-3

N # m#1.130 * 10-1N # m#4.184 * 103J/kg # KBtu>lb # F4.184 * 102W/m # Kcal>s.cm # C

W/m # K##1.013 * 1051.000 * 1056.895 * 1032.260 * 10-2#1.757 * 107.457 * 1029.072 * 1021.000 * 1034.536 * 10-13.048 * 10-12.540 * 10-2

3.600 * 103watt # h1.054 * 103

# 2.768 * 104

9.290 * 1046.452 * 1029.290 * 10-26.452 * 10-44.848 * 10-62.909 * 10-41.745 * 10-23.048 * 10-1

19.1 Caractersticas generales de los procesos de formado y moldeopara plsticos y materiales compsitos 535

19.2 Comparativo de caractersticas de produccin de diversosmtodos de moldeo 574

20.1 Caractersticas de las tecnologas de produccin aditiva de pro-totipos rpidos 582

20.2 Propiedades mecnicas de materiales seleccionados para pro-duccin de prototipos rpidos 582

Parte IV Procesos de maquinado y mquinas herramienta21.1 Factores que influyen en las operaciones de maquinado 61021.2 Intervalo aproximado de requerimientos de energa en las op-

eraciones de corte por lo que se refiere al motor de ac-cionamiento de la mquina herramienta (multiplicar por 1.25para herramientas desafiladas) 622

21.3 Intervalos de valores de n para la ecuacin de Taylor (21.20a)en diversos materiales para herramientas 628

21.4 Profundidad de desgaste permisible promedio (ver VB en lafig. 21.15c) para herramientas de corte en diversas operacionesde maquinado 631

22.1 Propiedades generales de los materiales paraherramientas 649

22.2 Caractersticas generales de los materiales para herramientas decorte (estos materiales para herramientas tienen una ampliavariedad de composiciones y propiedades. En muchas categorasde materiales para herramientas existen traslapes) 650

22.3 Caractersticas generales de operacin de los materiales paraherramientas de corte 651

22.4 Clasificacin ISO de las herramientas de corte de carburos deacuerdo con su uso 656

22.5 Clasificacin de los carburos de tungsteno de acuerdo con susaplicaciones de maquinado 657

23.1 Caractersticas generales de los procesos de maquinado y toler-ancias dimensionales caractersticas 676

23.2 Recomendaciones generales de ngulos de herramientas entorneado 678

23.3 Resumen de parmetros y frmulas de torneado 68023.4 Recomendaciones generales para operaciones de torneado 68223.5 Recomendaciones generales de fluidos de corte para maquina-

do (ver tambin captulo 33) 68523.6 Capacidades tpicas y mximas dimensiones de piezas de traba-

jo para mquinas herramienta 68823.7 Datos para el ejemplo 23.3 69623.8 Velocidades normales de produccin para diversas operaciones

de maquinado 69623.9 Gua general de resolucin de problemas para operaciones de

torneado 69923.10 Capacidades generales de las operaciones de taladrado y man-

drinado 70623.11 Recomendaciones generales de velocidades y avances en tal-

adrado 71123.12 Gua general de resolucin de problemas para operaciones de

taladrado 71224.1 Resumen de parmetros y frmulas del fresado perifrico 72724.2 Recomendaciones generales para operaciones de fresado 73624.3 Gua general de resolucin de problemas para operaciones de

fresado 73725.1 Comparacin de condiciones de maquinado convencional con-

tra maquinado de media luna roja 78026.1 Intervalos de dureza Knoop para diversos materiales y abra-

sivos 79226.2 Requerimientos aproximados de energa especfica para rectifi-

cado de superficies 80126.3 Intervalos caractersticos de velocidades y avances para proce-

sos abrasivos 808

26.4 Caractersticas generales de los procesos y mquinas para elmaquinado abrasivo 809

26.5 Recomendaciones generales para fluidos para rectificado 81727.1 Caractersticas generales de los procesos de maquinado avanza-

do 83727.2 Aplicaciones generales de los rayos lser en la manufactura 851

Parte V Fabricacin de dispositivos microelectrnicosy micromanufactura

28.1 Caractersticas generales de las tcnicas de litografa 87928.2 Caractersticas generales de las operaciones de ataque (graba-

do) de silicio 88528.3 Comparacin de velocidades de ataque 88629.1 Comparacin de tcnicas de manufactura de micromoldes 92329.2 Comparacin de propiedades de materiales de imanes perma-

nentes 924

Parte VI Procesos y equipo para uninVI.1 Comparacin de diversos mtodos de unin 93930.1 Caractersticas generales de los procesos de soldadura por

fusin 94130.2 Designacin de electrodos de acero dulce recubiertos 95532.1 Metales de aporte comunes para la soldadura fuerte de diversos

metales y aleaciones 100632.2 Tipos de aleaciones de soldadura blanda y sus aplicaciones 101032.3 Propiedades y caractersticas comunes de los adhesivos estruc-

turales qumicamente reactivos 101532.4 Caractersticas generales de los adhesivos 1016

Parte VII Tecnologa de superficies34.1 Recubrimientos cermicos para aplicaciones de alta temperatu-

ra 1076

Parte VIII Aspectos comunes de la manufactura36.1 Expectativa de vida de algunos productos 111236.2 Los 14 puntos de Deming 111436.3 Constantes para las tablas de control 112636.4 Datos para el ejemplo 36.3 1129

Parte IX Manufactura en un ambiente competitivo37.1 Desarrollo en la historia de la automatizacin de los procesos

de manufactura 114637.2 Cantidad aproximada de produccin anual 114939.1 Comparacin de caractersticas generales de lneas de transfer-

encia y sistemas flexibles de manufactura 122240.1 Referencias a diferentes temas en este libro 124040.2 Costo relativo de reparacin en diferentes etapas de desarrollo

y venta del producto 124440.3 Expectativa de vida promedio para diferentes productos.

Ver tambin tabla 36.1 124440.4 Formas de materiales disponibles comercialmente 124740.5 Costo aproximado por unidad de volumen para metales for-

jables y polmeros, en relacin con el costo del acero al carbono1249

40.6 Intervalos aproximados de desperdicio generado en diferentesprocesos de manufactura 1250

40.7 Cambios de materiales del avin militar de carga C-5Aal C-5B 1252

40.8 Caractersticas generales de los procesos de manufactura paradiferentes metales y aleaciones 1258

40.9 Costos relativos para maquinaria y equipo (los costos varanmucho, dependiendo del tamao, capacidad, opciones y nivelde automatizacin y de control por computadora. Ver tambinlas secciones de economa en diferentes captulos) 1263

40.10 Aspectos de diseo para contenedores de solucinintravenosa 1268

Manufactura,ingenieray tecnologa

Q U I N T AE D I C I N

Serope KalpakjianIllinois Institute of Technology

Steven R. SchmidThe University of Notre Dame

TRADUCCINJaime Espinosa LimnIngeniero mecnico

REVISIN TCNICAFrancisco Javier Sandoval PalafoxUlises Figueroa LpezDepartamento de Ingeniera Mecnica y MecatrnicaInstituto Tecnolgico y de Estudios Superiores de MonterreyCampus Estado de Mxico

Roberto Hernndez CrdenasDepartamentos de Ingeniera Mecatrnica e Ingeniera IndustrialTecnolgico de Estudios Superiores de Jilotepec

Authorized translation from the English language edition, entitled Manufacturing engineering and technology, 5th edition by Serope Kalpakjian andSteven Schmid, published by Pearson Education, Inc., publishing as Prentice Hall, Copyright 2006. All rights reserved.

ISBN 0-13-148965-8

Traduccin autorizada de la edicin en idioma ingls, Manufacturing engineering and technology, 5a edicin por Serope Kalpakjian y Steven Schmid,publicada por Pearson Education, Inc., publicada como Prentice Hall, Copyright 2006. Todos los derechos reservados.

Esta edicin en espaol es la nica autorizada.

Edicin en espaol

Editor: Luis Miguel Cruz Castilloe-mail: [email protected]

Editora de desarrollo: Claudia Celia Martnez AmignSupervisor de produccin: Jos D. Hernndez Garduo

Edicin en ingls

Vice President and Editorial Director, ECS: Marcia J. HortonExecutive Editor: Eric SvendsenAssociate Editor: Dee BernhardExecutive Managing Editor: Vince OBrienManaging Editor: David A. GeorgeProduction Editor: Rose KernanDirector of Creative Services: Paul BelfantiCreative Director: Heather ScottCover Designer: John ChristianaArt Editor: Xiaohong ZhuManufacturing Manager: Alexis Heydt-LongManufacturing Buyer: Lisa McDowellSenior Marketing Manager: Holly Stark

QUINTA EDICIN 2008

D.R. 2008 por Pearson Educacin de Mxico, S.A. de C.V.Atlacomulco 500, 5 pisoCol. Industrial Atoto53519 Naucalpan de Jurez, Edo. de MxicoE-mail: [email protected]

Cmara Nacional de la Industria Editorial Mexicana. Reg. Nm. 1031.

Prentice Hall es una marca registrada de Pearson Educacin de Mxico, S.A. de C.V.

Reservados todos los derechos. Ni la totalidad ni parte de esta publicacin pueden reproducirse, registrarse o transmitirse, por un sistema de recu-peracin de informacin, en ninguna forma ni por ningn medio, sea electrnico, mecnico, fotoqumico, magntico o electroptico, por fotocopia,grabacin o cualquier otro, sin permiso previo por escrito del editor.

El prstamo, alquiler o cualquier otra forma de cesin de uso de este ejemplar requerir tambin la autorizacin del editor o de sus representantes.

ISBN 10: 970-26-1026-5ISBN 13: 978-970-26-1026-7

Impreso en Mxico. Printed in Mexico.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 - 11 10 09 08

Datos de catalogacin bibliogrfica

KALPAKJIAN, SEROPE

Manufactura, ingeniera y tecnologa. Quinta edicin

PEARSON EDUCACIN, Mxico, 2008

ISBN: 978-970-26-1026-7 rea: Ingeniera

Formato: 21 27 cm Pginas: 1328

a una hermana especial

Mari Yegiyayan

con gratitud

y a

una maravillosa hija

Carly Petronis Schmid

CONTENIDOPrefacio xxiii

Acerca de los autores xxvii

Introduccin general 1I.1 Qu es la manufactura? 1I.2 El proceso de diseo del producto y la ingeniera concurrente 11I.3 Diseo para manufactura, ensamble, desensamble y servicio 14I.4 Seleccin de materiales 16I.5 Seleccin de procesos de manufactura 19I.6 Diseo y manufactura consciente del medio ambiente 32I.7 Manufactura integrada por computadora 33I.8 Produccin esbelta y manufactura gil 37I.9 Aseguramiento de la calidad y administracin de la calidad total 38I.10 Competitividad global y costos de manufactura 39I.11 Tendencias generales en la manufactura 41

Parte I: Fundamentos de materiales:comportamiento y propiedadesde manufactura 43

1 La estructura de los metales 461.1 Introduccin 461.2 Estructura cristalina de los metales 471.3 Deformacin y resistencia de los monocristales 501.4 Granos y lmites de granos 541.5 Deformacin plstica de los metales policristalinos 571.6 Recuperacin, recristalizacin y crecimiento de grano 581.7 Trabajado en fro, a temperatura media y en caliente 60Resumen 61 Trminos clave 61 Bibliografa 62Preguntas de repaso 62 Problemas cualitativos 62Problemas cuantitativos 63 Sntesis, diseo y proyectos 63

2 Comportamiento mecnico, ensayosy propiedades de manufacturade los materiales 642.1 Introduccin 642.2 Tensin 652.3 Compresin 76

vii

2.4 Torsin 782.5 Flexin 782.6 Dureza 792.7 Fatiga 832.8 Termofluencia 862.9 Impacto 872.10 Falla y fractura de los materiales en la manufactura y servicio 872.11 Esfuerzos residuales 942.12 Trabajo, calor y temperatura 96Resumen 97 Trminos clave 98 Bibliografa 98Preguntas de repaso 98 Problemas cualitativos 99Problemas cuantitativos 99 Sntesis, diseo y proyectos 101

3 Propiedades fsicas de los materiales 1023.1 Introduccin 1023.2 Densidad 1033.3 Punto de fusin 1063.4 Calor especfico 1063.5 Conductividad trmica 1073.6 Dilatacin trmica 1073.7 Propiedades elctricas, magnticas y pticas 1083.8 Resistencia a la corrosin 109Resumen 111 Trminos clave 111 Bibliografa 112Preguntas de repaso 112 Problemas cualitativos 112Problemas cuantitativos 112 Sntesis, diseo y proyectos 113

4 Aleaciones metlicas: estructura y reforzamientomediante tratamiento trmico 1144.1 Introduccin 1144.2 Estructura de las aleaciones 1154.3 Diagramas de fase 1184.4 El sistema hierro-carbono 1214.5 Diagrama de fases hierro-carburo de hierro y el desarrollo de

microestructuras en los aceros 1234.6 Hierros fundidos 1254.7 Tratamiento trmico de las aleaciones ferrosas 1274.8 Templabilidad de las aleaciones ferrosas 1324.9 Tratamiento trmico de las aleaciones no ferrosas y los aceros

inoxidables 1344.10 Endurecimiento superficial 1364.11 Recocido 1374.12 Hornos y equipo para tratamiento trmico 1424.13 Consideraciones de diseo para el tratamiento trmico 144Resumen 145 Trminos clave 145 Bibliografa 146Preguntas de repaso 146 Problemas cualitativos 146Problemas cuantitativos 147 Sntesis, diseo y proyectos 147

viii Contenido

5 Metales y aleaciones ferrosas: produccin,propiedades generales y aplicaciones 1495.1 Introduccin 1495.2 Produccin de hierro y acero 1505.3 Fundicin de lingotes 1535.4 Colada continua 1545.5 Aceros al carbono y aleados 1565.6 Aceros inoxidables 1615.7 Aceros para matrices y herramentales 163Resumen 165 Trminos clave 166 Bibliografa 166Preguntas de repaso 166 Problemas cualitativos 167Problemas cuantitativos 167 Sntesis, diseo y proyectos 168

6 Metales y aleaciones no ferrosas: produccin,propiedades generales y aplicaciones 1696.1 Introduccin 1696.2 Aluminio y sus aleaciones 1706.3 Magnesio y sus aleaciones 1746.4 Cobre y sus aleaciones 1766.5 Nquel y sus aleaciones 1786.6 Superaleaciones 1796.7 Titanio y sus aleaciones 1806.8 Metales y aleaciones refractarias 1816.9 Berilio 1836.10 Zirconio 1836.11 Aleaciones de baja fusin 1836.12 Metales preciosos 1856.13 Aleaciones con memoria de forma 1856.14 Aleaciones amorfas (vidrios metlicos) 1866.15 Espumas metlicas 1866.16 Nanomateriales 186Resumen 187 Trminos clave 188 Bibliografa 188Preguntas de repaso 188 Problemas cualitativos 189Problemas cuantitativos 189 Sntesis, diseo y proyectos 190

7 Polmeros: estructura, propiedades generalesy aplicaciones 1917.1 Introduccin 1917.2 Estructura de los polmeros 1937.3 Termoplsticos 2027.4 Plsticos termofijos 2067.5 Aditivos en plsticos 2077.6 Propiedades generales y aplicaciones de los termoplsticos 208

Contenido ix

7.7 Propiedades generales y aplicacionesde los plsticos termofijos 211

7.8 Plsticos biodegradables 2127.9 Elastmeros (hules) 214Resumen 215 Trminos clave 216 Bibliografa 216Preguntas de repaso 217 Problemas cualitativos 217Problemas cuantitativos 218 Sntesis, diseo y proyectos 218

8 Cermicos, grafito y diamante: estructura,propiedades generales y aplicaciones 2198.1 Introduccin 2198.2 Estructura de los cermicos 2208.3 Propiedades generales y aplicaciones de los cermicos 2248.4 Vidrios 2298.5 Cermicos vidriados 2318.6 Grafito 2328.7 Diamante 233Resumen 234 Trminos clave 235 Bibliografa 235Preguntas de repaso 235 Problemas cualitativos 236Problemas cuantitativos 236 Sntesis, diseo y proyectos 237

9 Materiales compsitos: estructura, propiedadesgenerales y aplicaciones 2389.1 Introduccin 2389.2 Estructura de los plsticos reforzados 2399.3 Propiedades de los plsticos reforzados 2449.4 Aplicaciones de los plsticos reforzados 2489.5 Compsitos de matriz metlica 2519.6 Compsitos de matriz cermica 2539.7 Otros compsitos 254Resumen 254 Trminos clave 255 Bibliografa 255Preguntas de repaso 255 Problemas cualitativos 256Problemas cuantitativos 257 Sntesis, diseo y proyectos 257

Parte II: Procesos y equipopara la fundicin de metales 259

10 Fundamentos de la fundicin de metales 26110.1 Introduccin 26110.2 Solidificacin de los metales 26210.3 Flujo del fluido 26710.4 Fluidez del metal fundido 270

x Contenido

10.5 Transferencia de calor 27210.6 Defectos 275Resumen 281 Trminos clave 281 Bibliografa 282Preguntas de repaso 282 Problemas cualitativos 282Problemas cuantitativos 283 Sntesis, diseo y proyectos 284

11 Procesos de fundicin de metales 28511.1 Introduccin 28511.2 Procesos de fundicin de molde desechable 28711.3 Procesos de fundicin en molde permanente 30311.4 Tcnicas de fundicin para componentes monocristalinos 31211.5 Solidificacin rpida 31411.6 Inspeccin de las fundiciones 31411.7 Prcticas y hornos para fusin 31511.8 Talleres de fundicin y su automatizacin 316Resumen 317 Trminos clave 318 Bibliografa 318Preguntas de repaso 319 Problemas cualitativos 319Problemas cuantitativos 320 Sntesis, diseo y proyectos 321

12 Fundicin de metales: diseo, materialesy economa 32312.1 Introduccin 32312.2 Consideraciones de diseo en la fundicin 32312.3 Aleaciones para fundicin 33212.4 Economa de la fundicin 337Resumen 339 Trminos clave 339 Bibliografa 339Preguntas de repaso 340 Problemas cualitativos 340Problemas cuantitativos 341 Sntesis, diseo y proyectos 341

Parte III: Procesos y equipo de formadoy moldeado 344

13 Laminacin de metales 34713.1 Introduccin 34713.2 Proceso de laminacin plana 34913.3 Prctica de laminacin plana 35413.4 Molinos de laminacin 35813.5 Diversos procesos y molinos de laminacin 360Resumen 368 Trminos clave 368 Bibliografa 369Preguntas de repaso 369 Problemas cualitativos 369Problemas cuantitativos 370 Sntesis, diseo y proyectos 370

Contenido xi

14 Forjado de metales 37114.1 Introduccin 37114.2 Forjado de matriz abierta 37314.3 Forjado por matriz de impresin y de matriz cerrada 37614.4 Diversas operaciones de forjado 38014.5 Forjabilidad de los metales. Defectos del forjado 38414.6 Diseo de matrices, materiales para matrices y lubricacin 38714.7 Mtodos de manufactura de matrices. Fallas en las matrices 38814.8 Mquinas para forjado 39014.9 Economa del forjado 392Resumen 396 Trminos clave 396 Bibliografa 396Preguntas de repaso 397 Problemas cualitativos 397Problemas cuantitativos 398 Sntesis, diseo y proyectos 398

15 Extrusin y estirado (trefilado) de metales 40015.1 Introduccin 40015.2 El proceso de extrusin 40215.3 Extrusin en caliente 40515.4 Extrusin en fro 40915.5 Defectos de la extrusin 41315.6 Equipo para extrusin 41415.7 El proceso de estirado (trefilado) 41515.8 Prctica de estirado 41615.9 Defectos del estirado y esfuerzos residuales 41915.10 Equipo para estirado 419Resumen 420 Trminos clave 421 Bibliografa 421Preguntas de repaso 421 Problemas cualitativos 422Problemas cuantitativos 422 Sntesis, diseo y proyectos 423

16 Proceso de formado de hojas metlicas 42416.1 Introduccin 42416.2 Cizallado 42516.3 Caractersticas y formabilidad de las hojas metlicas 43516.4 Pruebas de formabilidad para hojas metlicas 43716.5 Doblado de hojas, placas y tubos 44016.6 Operaciones diversas de doblado y otras relacionadas 44516.7 Embutido profundo 45116.8 Formado con hule 46016.9 Rechazado 461

xii Contenido

16.10 Formado superplstico 46316.11 Procesos especializados de formado 46516.12 Manufactura de estructuras metlicas tipo panal 47016.13 Consideraciones de diseo en el formado de hojas metlicas 47116.14 Prensas de formado de hojas metlicas 47416.15 Economa de las operaciones de formado de hojas metlicas 476Resumen 477 Trminos clave 478 Bibliografa 478Preguntas de repaso 479 Problemas cualitativos 479Problemas cuantitativos 480 Sntesis, diseo y proyectos 481

17 Procesamiento de los polvos metlicos 48317.1 Introduccin 48317.2 Produccin de polvos metlicos 48417.3 Compactacin de los polvos metlicos 49017.4 Sinterizado 49917.5 Operaciones secundarias y de acabado 50317.6 Consideraciones de diseo 50517.7 Capacidades del proceso 50817.8 Economa de la metalurgia de polvos 508Resumen 509 Trminos clave 510 Bibliografa 510Preguntas de repaso 510 Problemas cualitativos 511Problemas cuantitativos 511 Sntesis, diseo y proyectos 512

18 Procesamiento de cermicos, vidrioy superconductores 51318.1 Introduccin 51318.2 Moldeado de cermicos 51418.3 Formado y moldeado de vidrio 52118.4 Tcnicas para reforzamiento y recocido del vidrio 52518.5 Consideraciones de diseo para cermicos y vidrios 52818.6 Procesamiento de superconductores 529Resumen 530 Trminos clave 531 Bibliografa 531Preguntas de repaso 532 Problemas cualitativos 532Problemas cuantitativos 533 Sntesis, diseo y proyectos 533

19 Formado y moldeo de plsticos ymateriales compsitos 53419.1 Introduccin 534

19.2 Extrusin 53619.3 Moldeo por inyeccin 544

Contenido xiii

19.4 Moldeo por soplado 552

19.5 Rotomoldeo 554

19.6 Termoformado 555

19.7 Moldeo por compresin 556

19.8 Moldeo por transferencia 557

19.9 Colado 558

19.10 Moldeo de espuma 559

19.11 Formado en fro y formado de fase slida 560

19.12 Procesamiento de elastmeros 561

19.13 Procesamiento de compsitos de matriz polimrica 562

19.14 Procesamiento de compsitos de matriz metlica y de matrizcermica 570

19.15 Consideraciones de diseo 572

19.16 Economa del procesamiento de plsticos y materiales compsitos 574

Resumen 575 Trminos clave 575 Bibliografa 576Preguntas de repaso 577 Problemas cualitativos 577Problemas cuantitativos 578 Sntesis, diseo y proyectos 578

20 Operaciones de produccin de prototiposrpidos 58020.1 Introduccin 58020.2 Procesos sustractivos 58220.3 Procesos aditivos 58320.4 Produccin de prototipos virtuales 59420.5 Manufactura directa y fabricacin rpida de herramentales 594Resumen 599 Trminos clave 600 Bibliografa 600Preguntas de repaso 600 Problemas cualitativos 601Problemas cuantitativos 601 Sntesis, diseo y proyectos 601

Parte IV: Procesos de maquinadoy mquinas herramienta 603

21 Fundamentos del maquinado 60721.1 Introduccin 60721.2 Mecnica del corte 60921.3 Fuerzas y potencia de corte 62021.4 Temperaturas en el corte 62321.5 Vida til de la herramienta: desgaste y falla 62621.6 Acabado superficial e integridad 63521.7 Maquinabilidad 638Resumen 642 Trminos clave 642 Bibliografa 643Preguntas de repaso 643 Problemas cualitativos 644Problemas cuantitativos 644 Sntesis, diseo y proyectos 645

xiv Contenido

22 Materiales para herramientas de corte y fluidosde corte 647

22.1 Introduccin 64722.2 Aceros de alta velocidad 65222.3 Aleaciones de cobalto fundido 65322.4 Carburos 65322.5 Herramientas recubiertas 65622.6 Cermicos base almina 66122.7 Nitruro de boro cbico 66222.8 Cermicos base nitruro de silicio 66322.9 Diamante 66322.10 Materiales para herramientas reforzados con triquitas 66422.11 Costos y reacondicionamiento de las herramientas 66422.12 Fluidos de corte 665Resumen 670 Trminos clave 670 Bibliografa 671Preguntas de repaso 671 Problemas cualitativos 671Problemas cuantitativos 672 Sntesis, diseo y proyectos 673

23 Procesos de maquinado utilizados paraproducir formas redondas: torneadoy produccin de orificios 67423.1 Introduccin 67423.2 Proceso de torneado 67623.3 Tornos y operaciones en el torno 68623.4 Mandrinado y mquinas para mandrinar 70323.5 Taladrado, brocas y taladros 70423.6 Rimado y rimas 71423.7 Machueleado y machuelos 716Resumen 718 Trminos clave 719 Bibliografa 719Preguntas de repaso 720 Problemas cualitativos 720Problemas cuantitativos 721 Sntesis, diseo y proyectos 721

24 Procesos de maquinado utilizadospara producir diferentes formas:fresado, brochado, aserradoy limado; manufactura de engranes 72324.1 Introduccin 72324.2 Fresado y fresadoras 72424.3 Cepillado 74124.4 Brochado y brochadoras 74224.5 Aserrado 745

Contenido xv

24.6 Limado 74824.7 Manufactura de engranes mediante maquinado 749Resumen 756 Trminos clave 756 Bibliografa 756Preguntas de repaso 757 Problemas cualitativos 757Problemas cuantitativos 758 Sntesis, diseo y proyectos 758

25 Centros de maquinado, conceptos yestructuras de maquinado avanzadoy economa del maquinado 76025.1 Introduccin 76025.2 Centros de maquinado 76125.3 Estructuras de las mquinas herramienta 77025.4 Vibracin y traqueteo en las operaciones de maquinado 77525.5 Maquinado de alta velocidad 77825.6 Maquinado duro 78125.7 Maquinado de ultraprecisin 78225.8 Economa del maquinado 783Resumen 786 Trminos clave 787 Bibliografa 787Preguntas de repaso 787 Problemas cualitativos 788Problemas cuantitativos 788 Sntesis, diseo y proyectos 789

26 Operaciones de maquinado abrasivoy de acabado 79026.1 Introduccin 79026.2 Abrasivos y abrasivos aglutinados 79226.3 Proceso de rectificado 79826.4 Operaciones de rectificado y rectificadoras 80826.5 Consideraciones de diseo para el rectificado 81826.6 Maquinado ultrasnico 81826.7 Operaciones de acabado 82026.8 Operaciones de rebabeo 82526.9 Economa de las operaciones de maquinado abrasivo

y de acabado 828Resumen 829 Trminos clave 830 Bibliografa 830Preguntas de repaso 831 Problemas cualitativos 831Problemas cuantitativos 832 Sntesis, diseo y proyectos 833

27 Procesos de maquinado avanzado 83527.1 Introduccin 83527.2 Maquinado qumico 83627.3 Maquinado electroqumico 84127.4 Rectificacin electroqumica 84527.5 Maquinado por descarga elctrica (electroerosinado) 846

xvi Contenido

27.6 Maquinado por rayo lser 85127.7 Maquinado por haz de electrones 85427.8 Maquinado por chorro de agua 85527.9 Maquinado por chorro abrasivo 85827.10 Economa de los procesos de maquinado avanzado 858Resumen 861 Trminos clave 861 Bibliografa 862Preguntas de repaso 862 Problemas cualitativos 862Problemas cuantitativos 863 Sntesis, diseo y proyectos 863

Parte V: Fabricacin de dispositivosmicroelectrnicos y micromanufactura 865

28 Fabricacin de dispositivos microelectrnicos 86828.1 Introduccin 86828.2 Cuartos limpios 87128.3 Silicio y semiconductores 87228.4 Crecimiento de cristales y preparacin de obleas 87428.5 Deposicin de pelcula 87528.6 Oxidacin 87728.7 Litografa 87828.8 Ataque (grabado) 88528.9 Difusin e implantacin de iones 89328.10 Metalizacin y prueba 89528.11 Unin de cables y empaque 89728.12 Rendimiento y confiabilidad 90028.13 Tarjetas de circuitos impresos 901Resumen 903 Trminos clave 903 Bibliografa 904Preguntas de repaso 905 Problemas cualitativos 905Problemas cuantitativos 906 Sntesis, diseo y proyectos 907

29 Fabricacin de dispositivos y sistemasmicroelectromecnicos (MEMS)29.1 Introduccin 90829.2 Micromaquinado de los dispositivos MEMS 90929.3 Proceso de microfabricacin LIGA 92029.4 Fabricacin sin materia slida de dispositivos 927Resumen 932 Trminos clave 933 Bibliografa 933Preguntas de repaso 934 Problemas cualitativos 934Problemas cuantitativos 935 Sntesis, diseo y proyectos 935

Contenido xvii

Parte VI: Procesos y equipopara unin 936

30 Procesos de soldadura por fusin 94030.1 Introduccin 94030.2 Soldadura con oxgeno y combustible gaseosos 94130.3 Procesos de soldadura por arco: electrodo no consumible 94430.4 Procesos de soldadura por arco: electrodo consumible 94830.5 Electrodos para soldadura por arco 95430.6 Soldadura por haz de electrones 95630.7 Soldadura por rayo lser 95630.8 Corte 95830.9 Unin soldada, calidad y pruebas 96030.10 Diseo de la unin y seleccin del proceso 971Resumen 975 Trminos clave 975 Bibliografa 976Preguntas de repaso 976 Problemas cualitativos 977Problemas cuantitativos 978 Sntesis, diseo y proyectos 978

31 Procesos de soldadura de estado slido 98031.1 Introduccin 98031.2 Soldadura en fro y unin por laminacin 98131.3 Soldadura ultrasnica 98231.4 Soldadura por friccin 98331.5 Soldadura por resistencia 98631.6 Soldadura por explosin 99531.7 Unin por difusin 99631.8 Economa de las operaciones de soldadura 998Resumen 999 Trminos clave 1000 Bibliografa 1000Preguntas de repaso 1000 Problemas cualitativos 1001Problemas cuantitativos 1001 Sntesis, diseo y proyectos 1002

32 Procesos de soldadura fuerte, blanda, unincon adhesivos y sujecin mecnica 100332.1 Introduccin 100332.2 Soldadura fuerte 100432.3 Soldadura blanda 100932.4 Unin con adhesivos 101432.5 Sujecin mecnica 102332.6 Unin de plsticos, cermicos y vidrios 102732.7 Economa de las operaciones de unin 1030Resumen 1031 Trminos clave 1031 Bibliografa 1031Preguntas de repaso 1032 Problemas cualitativos 1032Problemas cuantitativos 1033 Sntesis, diseo y proyectos 1033

xviii Contenido

Parte VII: Tecnologa de superficies 1034

33 Rugosidad y medicin superficial; friccin,desgaste y lubricacin 103633.1 Introduccin 103633.2 Estructura e integridad superficial 103733.3 Textura y rugosidad superficial 103833.4 Friccin 104333.5 Desgaste 104633.6 Lubricacin 105033.7 Fluidos para el trabajo de los metales y su seleccin 1052Resumen 1055 Trminos clave 1056 Bibliografa 1057Preguntas de repaso 1057 Problemas cualitativos 1057Problemas cuantitativos 1058 Sntesis, diseo y proyectos 1058

34 Tratamientos, recubrimientos y limpiezade las superficies 105934.1 Introduccin 105934.2 Tratamientos superficiales mecnicos 106034.3 Deposicin y revestimiento mecnico 106234.4 Endurecimiento superficial y recubrimiento duro 106234.5 Rociado trmico 106334.6 Deposicin de vapor 106534.7 Implantacin de iones y recubrimiento por difusin 106834.8 Tratamientos lser 106834.9 Electrodeposicin, deposicin sin electricidad y electroformado 106934.10 Recubrimientos de conversin 107334.11 Inmersin en caliente 107434.12 Esmaltado de porcelana; recubrimientos cermicos y orgnicos 107534.13 Recubrimiento de diamante y carbono similar al diamante 107634.14 Texturizado superficial 107734.15 Pintura 107734.16 Limpieza de superficies 1078Resumen 1080 Trminos clave 1080 Bibliografa 1080Preguntas de repaso 1081 Problemas cualitativos 1081Problemas cuantitativos 1082 Sntesis, diseo y proyectos 1082

Parte VIII: Aspectos comunesde la manufactura 1084

35 Metrologa e instrumentacin en ingeniera 108535.1 Introduccin 108535.2 Patrones de medicin 108635.3 Caractersticas geomtricas de las partes, mediciones

analgicas y digitales 1087

Contenido xix

35.4 Mtodos e instrumentos tradicionales de medicin 108935.5 Instrumentos y mquinas modernas de medicin 109635.6 Medicin automatizada 110035.7 Caractersticas generales y seleccin de instrumentos

de medicin 110135.8 Dimensionamiento y tolerancias geomtricas 1101Resumen 1107 Trminos clave 1107 Bibliografa 1108Preguntas de repaso 1108 Problemas cualitativos 1108Problemas cuantitativos 1109 Sntesis, diseo y proyectos 1109

36 Aseguramiento de la calidad, pruebae inspeccin 111036.1 Introduccin 111036.2 Calidad del producto 111136.3 Aseguramiento de la calidad 111236.4 Administracin de la calidad total 111336.5 Mtodos Taguchi 111436.6 Las normas ISO y QS 111936.7 Mtodos estadsticos de control de calidad 112136.8 Control estadstico de proceso 112436.9 Confiabilidad de productos y procesos 113136.10 Ensayos no destructivos 113236.11 Ensayos destructivos 113636.12 Inspeccin automatizada 1137Resumen 1137 Trminos clave 1138 Bibliografa 1138Preguntas de repaso 1139 Problemas cualitativos 1140Problemas cuantitativos 1140 Sntesis, diseo y proyectos 1141

Parte IX: Manufactura en un ambientecompetitivo 1142

37 Automatizacin de los procesosde manufactura 114437.1 Introduccin 114437.2 Automatizacin 114637.3 Control numrico 115337.4 Control adaptable 116137.5 Manejo y movimiento de materiales 116337.6 Robots industriales 116537.7 Tecnologa de sensores 117137.8 Soportes flexibles 117637.9 Sistemas de ensamble 1180

xx Contenido

37.10 Consideraciones de diseo para soportes fijos, ensamble,desensamble y servicio 1183

37.11 Consideraciones econmicas 1186Resumen 1187 Trminos clave 1187 Bibliografa 1188Preguntas de repaso 1189 Problemas cualitativos 1189Sntesis, diseo y proyectos 1189

38 Manufactura asistidapor computadora 119138.1 Introduccin 119138.2 Sistemas de manufactura 119138.3 Manufactura integrada por computadora 119238.4 Diseo e ingeniera asistidos por computadora 119538.5 Manufactura asistida por computadora 120338.6 Planeacin de procesos asistidos por computadora 120438.7 Simulacin por computadora de procesos y sistemas

de manufactura 120638.8 Tecnologa de grupos 1208Resumen 1215 Trminos clave 1215 Bibliografa 1216Preguntas de repaso 1216 Problemas cualitativos 1216Sntesis, diseo y proyectos 1217

39 Sistemas de manufactura integradospor computadora 121839.1 Introduccin 121839.2 Manufactura celular 121939.3 Sistemas flexibles de manufactura 122139.4 Manufactura holnica 122439.5 Produccin justo a tiempo 122539.6 Manufactura esbelta 122739.7 Redes de comunicaciones en manufactura 122839.8 Inteligencia artificial 123039.9 Consideraciones econmicas 1233Resumen 1234 Trminos clave 1234 Bibliografa 1235Preguntas de repaso 1236 Problemas cualitativos 1236Sntesis, diseo y proyectos 1236

40 Diseo de productos y seleccin de procesosen un ambiente competitivo 123840.1 Introduccin 123840.2 Diseo del producto 123940.3 Calidad del producto y expectativa de vida 1242

Contenido xxi

40.4 Evaluacin e ingeniera del ciclo de vida: manufacturasustentable 1244

40.5 Seleccin de materiales para productos 124640.6 Sustitucin de materiales 125040.7 Capacidades de procesos de manufactura 125340.8 Seleccin de procesos 125740.9 Costos de manufactura y reduccin de costos 1261Resumen 1269 Trminos clave 1269 Bibliografa 1269Preguntas de repaso 1271 Problemas cualitativos 1271Sntesis, diseo y proyectos 1272

ndice 1278

Estudio de casos11.1: Fundicin a la espuma perdida de monobloques para motores 29913.1: Manufactura de segmentos de cubierta de un motor cohete slido

para un transbordador espacial 36614.1: Manufactura de un perno escalonado mediante cabeceado

y penetrado 38214.2: Componentes de la suspensin del automvil Lotus Elise 39416.1: Manufactura de platillos musicales 46818.1: Produccin de cintas superconductoras de alta temperatura 52919.1: Prtesis de cadera EPOCH 54720.1: Alineadores ortodncicos Invisalign 59523.1: Retenedor de tornillo para huesos 71725.1: Maquinado en seco de alta velocidad de motores

de hierro fundido 77927.1: Maquinado electroqumico de un implante biomdico 84327.2: Manufactura de stents 85829.1: Acelermetro para bolsas de aire automotrices 92832.1: Curado mediante luz de adhesivos acrlicos para productos

mdicos 102036.1: Manufactura de televisores por Sony Corporation 111836.2: Control dimensional de partes de plstico en los automviles

Saturn 112937.1: Desarrollo de un soporte fijo modular 117838.1: Desarrollo de modelos CAD para componentes automovilsticos 119940.1: Ingeniera concurrente para contenedores de solucin

intravenosa 1267

xxii Contenido

PREFACIOLa ciencia, ingeniera y tecnologa de los procesos y sistemas de manufactura continanavanzando con rapidez a escala global y con un efecto importante en las economas detodas las naciones. Al preparar esta quinta edicin, nuestra meta ha sido presentar unlibro de texto completo y avanzado sobre ingeniera y tecnologa de manufactura, conobjetivos adicionales para motivar y retar a los alumnos a que estudien esta importantedisciplina.

Al igual que en las cuatro ediciones anteriores, el texto presenta temas con unacobertura equilibrada de fundamentos relevantes y prcticas reales para ayudar a los es-tudiantes a desarrollar y comprender las relaciones, con frecuencia complejas, entre losmuchos factores tcnicos y econmicos involucrados en la manufactura.

Aunque esta nueva edicin sigue bsicamente la misma naturaleza introductoria,el formato y la organizacin de la cuarta edicin, ahora pone un mayor nfasis en: a) lainfluencia de los materiales y los parmetros de procesamiento en la comprensin delos procesos y las operaciones individuales; b) las consideraciones de diseo, calidaddel producto y costos de manufactura; y c) el contexto competitivo global de cada pro-ceso y operacin de manufactura, resaltado con numerosos ejemplos ilustrativos ymonografas.

Lo nuevo en esta edicinUna comparacin detallada con la cuarta edicin mostrar que se han realizado literalmentemiles de cambios para mejorar la calidad y profundidad de los numerosos temas cubiertos.

Como gua general para el estudiante, ahora cada captulo comienza con una brevedescripcin de los objetivos del captulo, los temas por tratar y su relevancia. Endonde se consider apropiado, se incluy una lista relativa a las partes tpicas pro-ducidas mediante los procesos descritos en el captulo, as como los mtodos alter-nativos para producir las mismas.

Se modific completamente la mayora de las ilustraciones para mejorar el impactogrfico y la claridad, y se agreg una gran cantidad de fotografas nuevas.

Incluye dos captulos relativos a los temas de dispositivos microelectrnicos y mi-croelectromecnicos y sistemas de manufactura, incluyendo el MEMS.

Ahora existen alrededor de 120 ejemplos y diversos estudios de caso, todos ellosresaltados.

Se actualizaron las preguntas y los problemas de cada captulo, de los cualesaproximadamente 20% son nuevos en esta edicin. Asimismo, la ltima seccin depreguntas y problemas ahora se denomina Sntesis, diseo y proyectos a fin de re-flejar mejor el nfasis mayor en estos temas a lo largo del libro.

El texto tiene ms referencias cruzadas con otras secciones, captulos, tablas y figu-ras importantes del libro.

Se actualizaron totalmente las bibliografas al final de cada captulo.

Auxiliares para el estudio Cada tema se presenta en un contexto mucho mayor de ingeniera y tecnologa

para la manufactura, utilizando varios diagramas de flujo y diagramas esquemti-cos en donde se consider apropiado.

Se enfatizan continuamente los usos prcticos de los conceptos descritos y de la in-formacin presentada.

xxiii

Se trat de proporcionar analogas, discusiones y problemas diseados para es-timular el estudio y la curiosidad del alumno acerca de los productos industriales yde consumo y cmo se fabrican, en tanto que se minimizan los costos de produccin.

Se presenta un gran nmero de datos y materiales de referencia, incluyendo nume-rosas tablas, ilustraciones, grficas y bibliografas.

Se incluyeron varios ejemplos y nuevos estudios de caso para resaltar conceptos ytcnicas importantes en la manufactura.

Numerosas tablas comparan las ventajas, as como las limitaciones, de procesoscompetitivos importantes de manufactura.

Se incluyen un resumen y una lista de trminos clave de cada captulo para ayudary recordar a los estudiantes los temas cubiertos en cada uno de ellos.

A quin va dirigidoAl igual que en las ediciones anteriores, esta quinta edicin se escribi para estudiantesde programas de ingeniera mecnica, de manufactura, industrial, biomdica, aeroespa-cial y metalrgica y de materiales. Se espera que al leer y estudiar este libro, los alumnospuedan apreciar la naturaleza vital de la ingeniera y la tecnologa de manufactura, y des-cubran una materia tan apasionante y desafiante como muchas otras disciplinas.

Agradeceramos cualquier comentario de los profesores y de los estudiantes en re-lacin con cualquier sugerencia acerca de la gran cantidad de temas presentados, o sobrecualquier error que pudiera haber escapado a nuestra atencin durante la preparacin deeste texto.

Sitio Web (www.pearsoneducacion.net/kalpakjian)Este sitio ofrece al profesor la posibilidad de descargar el manual de soluciones y presenta-ciones en PowerPoint (en ingls). Los profesores debern solicitar un cdigo de acceso alrepresentante de Pearson en su localidad o seguir el procedimiento de registro indicadoen la pgina Web.

CourseCompassCourseCompass es una plataforma para cursos en lnea que Pearson Educacin ofrececomo apoyo para sus libros de texto. Este libro cuenta con un curso precargado en Cour-seCompass, que incluye lecturas en PowerPoint, recursos para el profesor, manual desoluciones, proyectos para tareas y Test Gen (generador de exmenes).

AgradecimientosEste libro, junto con sus ediciones anteriores, representa un total de aproximadamente20 aos de esfuerzo. No podra haber sido escrito y producido sin la ayuda de numerososcolegas y estudiantes anteriores. Nos da mucho gusto agradecer la ayuda de las siguientespersonas en la preparacin y publicacin de esta quinta edicin: K. E. McKee, del IllinoisInstitute of Technology; K. J. Weinmann, de la Michigan Technological University; P. J.Guichelaar, de la Western Michigan University; Z. Liang, de Indiana University y PurdueUniversity, Fort Wayne, y R. Abella, de la Universidad de Toledo. Tambin reconocemosa Kent M. Kalpakjian como el autor original del captulo sobre fabricacin de dispositi-vos microelectrnicos.

Deseamos agradecer a nuestros editores, Dorothy Marrero y Eric Svendsen, dePrentice Hall, por su entusiasta apoyo y gua; a Rose Kernan, por su meticulosa supervi-sin editorial y de produccin y por el diseo interior de este libro, as como a XiaohongZhu, por la elaboracin de todas las ilustraciones nuevas.

Nos complace presentar la siguiente lista con todas las personas que de una mane-ra u otra, realizaron diversas contribuciones a esta y a las ediciones anteriores del libro:

xxiv Prefacio

B. J. AaronsonS. ArellanoR. A. ArltV. AronovA. BagchiE. D. BakerJ. BarakJ. Ben-AriG. F. BenedictS. BhattacharyyaJ. T. BlackC. BlathrasG. BoothroydD. BourellB. BozakN. N. BreyerC. A. BrownR. G. BruceJ. CesaroneT.-C. ChangR. L. CheaneyA. ChedaS. ChelikaniS.-W. ChoiA. CinarR. O. ColantonioP. CotnoirP. CourtneyP. DemersD. DescoteauxM. F. DeVriesR. C. DixM. DollarD. A. DornfeldH. I. Douglas

M. DuggerD. R. DurhamD. DuvallS. A. DynanJ. El GomayelM. G. ElliottE. C. FeldyJ. FieldG. W. FischerD. A. FowleyR. L. FrenchB. R. FruchterD. FurrerR. GieseE. GoodeK. GrahamP. GriggB. HarrigerD. HarryM. HawkinsR. J. HockenE. M. Honig, Jr.S. ImamR. JaegerC. JohnsonK. JonesD. KaliszJ. KammanS. G. KapoorR. KassingR. L. KeggW. J. KennedyB. D. KingJ. E. KopfR. J. Koronkowski

J. KotowskiS. KrishnamachariK. M. KulkarniT. LachL. LangsethM. LevineB. S. LevyX. Z. LiB. W. LillyD. A. LuccaL. MapaA. MarsanR. J. MatticeC. MaziarT. McClellandL. McGuireK. E. McKeeK. P. MeadeR. MillerT. S. MiloS. MostovoyC. NairP. G. NashJ. NazemetzE. M. OdomS. J. ParelukarJ. PenalunaC. PetronisM. PhilpottJ. M. PrinceW. J. RiffeR. J. RogallaA. A. RunyanG. S. SalettaM. Salimian

M. SavicW. J. SchoechS. A. SchwartzM. T. SiniawskiJ. E. SmallwoodJ. P. SobczakL. SoissonJ. StockerL. StromA. B. StrongK. SubramanianT. SweeneyW. G. SwitalskiT. TaglialavoreM. TarabishyK. S. TaramanR. TaylorB. S. ThakkarA. TragerC. TszangS. VazeJ. VigneauG. A. VolkG. WallaceK. J. WeinmannR. WertheimK. WestJ. WidmoyerK. WilliamsG. WilliamsonB. WiltjerJ. WingfieldP. K. Wright

Prefacio xxv

Agradecemos a las diversas organizaciones que nos proporcionaron muchas ilus-traciones y estudios de casos. Estas contribuciones se destacan especficamente a lo largodel texto.

Finalmente, agradecemos mucho a Margaret Jean Kalpakjian por su ayuda duran-te la edicin de este libro.

SEROPE KALPAKJIAN

STEVEN R. SCHMID

Semblanza de los autoresSerope Kalpakjian es profesor emrito de ingeniera mecnica y de materiales en el IllinoisInstitute of Technology, en Chicago. Es autor de Mechanical Processing of Materials(Van Nostrand, 1967) y coautor de Lubricants and Lubrication in Metalworking Opera-tions (Dekker, 1985). Las dos primeras ediciones de sus libros Manufacturing Processesfor Engineering Materials (1984) y Manufacturing Engineering and Technology (1989)recibieron el M. Eugene Merchant Manufacturing Textbook Award. Es autor de nume-rosos ensayos tcnicos y artculos en manuales y enciclopedias, y ha editado varios pro-cedimientos para conferencias. Ha sido editor y coeditor de diferentes revistas tcnicas yforma parte del comit editorial de Encyclopedia Americana.

Entre otros premios, el profesor Kalpakjian ha recibido el Forging Industry Educa-tional and Research Foundation Best Paper Award (1996), un Excellence Teaching Awarddel IIT (1970), un Centennial Medallion de ASME (1980), el International EducationAward de SME (1989), un Person of the Millenium Award del IIT (1999), y el AlbertEaston White Oustanding Teacher Award de ASM International (2000). Al SME Outs-tanding Young Manufacturing Engineer Award de 2002 se le dio su nombre. Es un aso-ciado vitalicio de ASME, asociado y miembro vitalicio de ASM International, miembrode pleno derecho emrito de CIRP (International Institution for Production EngineeringResearch), y es miembro fundador y ex presidente de NAMRI/SME. Se gradu con ho-nores en el Robert College (en Estambul) y en el Massachusetts Institute of Technology.

Steven R. Schmid es profesor asociado en el Departamento de Ingeniera Aeroespa-cial y Mecnica en la University of Notre Dame, donde ensea y realiza investigacionesen las reas generales de manufactura, diseo de mquinas y tribologa. Recibi (conhonores) el grado de licenciatura en Ingeniera Mecnica en el Illinois Institute ofTechnology y los grados de maestra y doctorado, ambos en Ingeniera Mecnica, en laNorthwestern University. Ha recibido numerosos premios, incluyendo el John T. ParsonsAward de la Society of Manufacturing Engineers (2000), el Newkirk Award de la Ame-rican Society of Mechanical Engineers (2000), el Kaneb Center Teaching Award (2000 y2003), y el Ruth and Joel Spira Award for Excellence in Teaching (2005). Tambin reci-bi un National Science Foundation CAREERS Award (1996) y el ACOA FoundationAward (1994).

El doctor Schmid es autor de ms de 80 ensayos tcnicos, ha sido coautor de lostextos Fundamentals of Machine Elements, Fundamentals of Fluid Film Lubrication, yManufacturing Processes for Engineering Materials, y contribuy con dos captulos en elCRC Handbook of Modern Tribology. Actualmente presta sus servicios en el TribologyDivision Executive Committe de la American Society of Mechanical Engineers, es editorasociado del Journal of Manufacturing Science and Engineering, y es ingeniero profesio-nista e ingeniero certificado en manufactura.

xxvii

1

Introduccingeneral

I.1 Qu es la manufactura?

Antes de empezar a leer esta introduccin, tmese unos minutos para revisar varios ob-jetos alrededor de usted: su reloj, el telfono celular, la silla, una lata de refresco, los in-terruptores de luz, una taza de caf y su computadora. Pronto advertir que todos estosobjetos y sus componentes individuales tienen diferentes formas; no los encontrara en lanaturaleza tal como estn en su cuarto. Se han transformado en diferentes formas a par-tir de materias primas y ensamblado como los productos que ahora ve.

Notar fcilmente que algunos objetos estn hechos de una sola pieza, como losclavos, tornillos, tenedores, ganchos de plstico para ropa o llantas de bicicleta. Sin em-bargo, la mayora de los objetos, como los motores de automviles mostrados en la figu-ra I.1 (inventados en 1876), las lavadoras de ropa (1910), los tostadores (1926), losaparatos de aire acondicionado (1928), los refrigeradores (1931), los bolgrafos (1938),las fotocopiadoras (1949) y miles de otros productos, se construyen mediante el ensam-blado de varias partes (tabla I.1) y componentes fabricados a partir de numerosos mate-riales. Todos los productos mencionados se fabrican por medio de diversos procesosdenominados manufactura.

Manufactura, en un sentido completo, es el proceso de convertir materias primasen productos. Tambin comprende las actividades en que el propio producto fabricadose utiliza para elaborar otros productos. Los ejemplos podran incluir a las grandes pren-sas que forman las hojas metlicas usadas en accesorios y carroceras para automviles,la maquinaria para fabricar sujetadores, como tornillos y tuercas, y las mquinas de co-ser ropa. El nivel de manufactura de una nacin se relaciona directamente con su saludeconmica; por lo general, cuanto mayor es la actividad manufacturera de un pas, ma-yor ser el estndar de vida de su gente.

I.1 Qu es la manufactura? 1

I.2 El proceso de diseodel producto y la inge-niera concurrente 11

I.3 Diseo para manufac-tura, ensamble, desen-samble y servicio 14

I.4 Seleccin de materiales16

I.5 Seleccin de procesosde manufactura 19

I.6 Diseo y manufacturaconsciente del medioambiente 32

I.7 Manufactura integradapor computadora 33

I.8 Produccin esbelta ymanufactura gil 37

I.9 Aseguramiento de la ca-lidad y administracinde la calidad total 38

I.10 Competitividad global ycostos de manufactura39

I.11 Tendencias generalesen la manufactura 41

EJEMPLOS:

I.1 Sujetadores para papel8

I.2 Bombillas 9I.3 Seleccin de materiales

para monedas de Estados Unidos 18

I.4 Seleccin de materialespara bates de bisbol18

I.5 Manufactura de unaprtesis de cadera 26

I.6 Manufactura de un salero y molino de pimienta 32

I.7 Aplicacin deCAD/CAM para fabricarun molde de anteojospara el sol 36

Los objetivos de este captulo son explicar:

Qu es la manufactura y, con ejemplos, mostrar su papel en nuestra vida diaria.

El proceso de diseo del producto y la importancia de la seleccin de materiales yprocesos.

El papel de las computadoras en todos los aspectos de la manufactura.

Costos de manufactura y su papel en la economa global.

Tendencias generales en la manufactura.

2 Introduccin general

FIGURA I.1 Ilustracin de un motor de automvil (el Duratec V-6), mostrando diversos componentes y los mate-riales utilizados para fabricarlos. Fuente: Cortesa de Ford Motor Company. Ilustracin por David Kimball.

La palabra manufactura se deriva del latn manu factus, que significa hecho a ma-no, y apareci por primera vez en 1567. La palabra manufacturar apareci en 1683.La palabra producto significa algo que se produce y apareci, junto con la palabraproduccin, en algn momento durante el siglo XV. Los vocablos manufactura yproduccin con frecuencia se utilizan de manera indistinta.

Debido a que suelen pasar por varios procesos en los que las materias primas seconvierten en productos tiles, los artculos manufacturados adquieren un valor, defini-do como equivalente monetario o precio de venta. Por ejemplo, como materia primapara los cermicos, la arcilla tiene un valor pequeo al extraerla de la mina. Cuando seconvierte en la parte cermica de una buja, un vaso, una herramienta de corte o un ais-lador elctrico, se agrega valor a la arcilla (valor agregado). De manera similar, un gan-cho para ropa o un clavo tiene un valor superior al costo de la pieza de alambre con laque se fabric; entonces, la manufactura tiene la importante funcin de agregar valor.El trmino alto valor agregado se utiliza para identificar a dichos productos. Los ejem-

TABLA I.1

Nmero de partes en algunos productos

Producto Nmero de partes

Podadora rotatoria 300Piano de cola 12,000Automvil 15,000Avin de carga C-5ABoeing 747400 76,000,000

74,000,000

Tubera hidrulicade cobre

Tornillos de latny de acero

Cigeal de acero forjado

Engrane recto deacero troquelado

Escobillas decobre(dentro del alternador)

Cabeza de cilindrosde aluminio fundido

Bujas con electrodo de platinoy cubierta de cermica

Camisas de cilindros de hierrofundido microasentado

Bielas de polvo metlico

Pistones de aluminio fundido,recubiertos de grafito

Por claridad, no se muestran los mltiples de polmeros


plos incluyen chips de computadoras, monobloques de motores, engranes y zapatos de-portivos.

La manufactura puede fabricar productos discretos, es decir, partes individuales oproductos continuos. Los clavos, engranes, bolas para rodamientos, latas para bebidas ymonobloques para motores son ejemplos de partes discretas, aunque se producen en al-tos volmenes y capacidades de produccin. En cambio, el alambre, las hojas metlicasy los tubos y tuberas de plstico son productos continuos, que despus se cortan en pie-zas individuales y se convierten as en productos discretos.

Por lo general, la manufactura es una actividad compleja que comprende una am-plia variedad de recursos y actividades, como las siguientes:

Diseo del producto.

Maquinaria y herramienta.

Planeacin del proceso.

Materiales.

Compra.

Manufactura.

Control de la produccin.

Servicios de soporte.

Mercadeo.

Ventas.

Embarque.

Servicios al cliente.

Es fundamental que las actividades de la manufactura respondan a las diversas deman-das y tendencias:

1. Un producto debe satisfacer totalmente los requisitos de diseo, especificaciones ynormas.

2. Un producto debe manufacturarse mediante los mtodos ms econmicos y amiga-bles con el medio ambiente.

3. La calidad debe integrarse al producto en cada etapa, desde el diseo hasta el en-samblado, en vez de confiar slo en las pruebas de calidad despus de haberlo ma-nufacturado.

4. En el muy competitivo ambiente actual, los mtodos de produccin deben ser losuficientemente flexibles para responder a las cambiantes demandas del mercado,a los tipos de productos y a las capacidades de produccin, a fin de asegurar unaentrega oportuna al cliente.

5. Los continuos desarrollos en materiales, mtodos de produccin e integracin a lascomputadoras, tanto de las actividades tecnolgicas como de las administrativasen una organizacin manufacturera, deben evaluarse constantemente con miras asu implantacin apropiada, oportuna y econmica.

6. Las actividades de manufactura deben verse como un gran sistema, cuyas partes serelacionan entre s en grados variables. Estos sistemas se pueden modelar para es-tudiar el efecto de factores como los cambios en las demandas del mercado, el di-seo del producto, los materiales y los mtodos de produccin tanto en la calidadcomo en el costo de los productos.

7. El fabricante debe trabajar con el cliente para obtener una retroalimentacin opor-tuna y conseguir as una mejora continua del producto.


8. Una organizacin manufacturera debe luchar constantemente por obtener mayo-res niveles de productividad, que se define como el uso ptimo de todos sus recur-sos: materiales, mquinas, energa, capital, mano de obra y tecnologa. Debemaximizarse la produccin por empleado por hora en todas las fases.

I.1.1 Breve historia de la manufacturaLa manufactura se origin entre los aos 5000 y 4000 a.C. (tabla I.2). Es ms antiguaque la historia registrada. Las marcas y los dibujos en las cuevas o en las rocas primitivasdependan de alguna forma de marcador o brocha, y se empleaba una pintura o algnmedio para grabar en la roca. Era necesario fabricar herramientas apropiadas para esasaplicaciones. La manufactura de productos que tenan diversos usos especficos comenzcon la produccin de artculos de madera, cermica, piedra y metal. Los materiales yprocesos que se utilizaron para dar forma a productos mediante la fundicin y el marti-llado se han desarrollado gradualmente a lo largo de los siglos, usando nuevos materia-les y operaciones ms complejas, con crecientes capacidades de produccin y mayoresniveles de calidad.

Los primeros materiales utilizados para fabricar utensilios domsticos y objetos or-namentales incluan metales como el oro, cobre e hierro, seguidos de la plata, el plomo,estao, latn y bronce. La produccin de acero (entre los aos 600 y 800 d.C.) constitu-y un hito importante; desde entonces se ha desarrollado una variedad muy amplia demetales ferrosos y no ferrosos. En la actualidad, los materiales que se emplean en pro-ductos avanzados, como computadoras y aeronaves supersnicas, incluyen materiales deingeniera (desarrollados para ese fin) con propiedades nicas, como cermicos avanza-dos, plsticos reforzados, materiales compuestos y nanomateriales.

Hasta antes de la Revolucin Industrial, que comenz en Inglaterra durante la d-cada de 1750, los bienes se producan en lotes y se requera mucha confianza en la manode obra en todas las fases de la produccin. A dicha revolucin tambin se le denominaPrimera Revolucin Industrial, ya que la segunda comenz a mediados del siglo XX conel desarrollo de los dispositivos electrnicos de estado slido y las computadoras. La me-canizacin moderna comenz en Inglaterra y el resto de Europa con el desarrollo de lamaquinaria textil y de las mquinas herramienta para cortar metales. Esta tecnologa setraslad rpidamente a Estados Unidos, en donde se desarroll ms y se introdujo el im-portante avance del diseo, la fabricacin y el uso de partes intercambiables, creadas porEli Whitney a principios de 1800. Antes de esta aportacin era necesario en gran medidael ajuste a mano, porque no se podan fabricar dos partes exactamente iguales. Ahora seda por entendido que podemos reemplazar un tornillo roto de cierto tamao con unoidntico comprado aos despus en una ferretera local. Pronto siguieron nuevos desa-rrollos, cuyos resultados son incontables productos de uso comn y sin los cuales hoy nopodramos imaginar nuestra vida.

Al inicio de la dcada de 1940 se alcanzaron hitos importantes en todos los aspec-tos de la manufactura. En la tabla I.2 se observa el avance logrado durante los ltimos100 aos, y particularmente durante las ltimas tres dcadas con el advenimiento de laera de las computadoras, si se compara con el largo periodo transcurrido del ao 4000al ao 1 a.C. Aunque los romanos tenan factoras para producir en masa artculos de vi-drio, al principio los mtodos eran muy primitivos y por lo general muy lentos, con mu-cha mano de obra en el manejo de partes y en la operacin de la maquinaria. Hoy en da,con la ayuda de los sistemas de manufactura integrados por computadora, los mtodosde produccin han avanzado tanto que, por ejemplo, las latas de aluminio para bebidasse manufacturan a velocidades de 500 por minuto, los agujeros en las hojas metlicas seperforan a razn de 800 por minuto y las bombillas se elaboran en cantidades de ms de2000 por minuto.

5

TA

BL

A I

.2

Des

arro

llo

his

tri

co d

e m

ater

iale

s y

pro

ceso

s d

e m

anu

fact

ura

Peri

odo

Fech

asM

etal

es y

Div

erso

sFo

rmad

o y

Uni

nH

erra

mie

ntas

, fu

ndic

in

mat

eria

les

ym

odel

ado

maq

uina

doy

sist

emas

com

psi

tos

de m

anuf

actu

ra

Ant

es d

e 40

00 a

.C.

Oro

, cob

re,

Art

cul

os d

e ti

erra

,M

arti

llado

Her

ram

ient

as d

e pi

edra

,hi

erro

met

eri

covi

drie

ra,

fib

ras

pede

rnal

, mad

era,

hue

so,

natu

rale

sm

arfi

l, he

rram

ient

asco

mp

sita

s

4000

a 3

000

a.C

.Fu

ndic

in

de c

obre

, E

stam

pado

, joy

era

Sold

adur

a de

cob

reC

orin

dn

(al

min

a,m

olde

s de

pie

dra

y(C

u-A

u, C

u-Pb

, es

mer

il)m

etal

es, p

roce

so a

laPb

-Sn)

cera

per

dida

, pla

ta,

plom

o, e

sta

o, b

ronc

e

3000

a 2

000

a.C

.Fu

ndic

in

y es

tira

dode

Perl

as d

e vi

drio

,A

lam

bre

med

iant

eR

emac

hado

,Fa

bric

aci

n de

aza

done

s,br

once

y h

ojas

de

oro

torn

o de

alf

arer

o,el

cor

te d

e ho

jas

sold

adur

a ha

chas

mar

tilla

das,

reci

pien

tes

de v

idri

om

etl

icas

de c

obre

herr

amie

ntas

par

ahe

rrer

a y

car

pint

era

2000

a 1

000

a.C

.H

ierr

o m

alea

ble,

bro

nce

1000

a 1

a.C

.H

ierr

o fu

ndid

o,Pr

ensa

do y

sop

lado

Est

ampa

do

Sold

adur

a po

r C

ince

les

impr

ovis

ados

,ac

ero

fund

ido

de v

idri

ode

mon

edas

forj

a de

hie

rro

ysi

erra

s, li

mas

, y t

orno

sac

ero,

peg

ado

para

mad

era

1 a

1000

d.C

.Z

inc,

ace

roV

idri

o ve

neci

ano

Arm

adur

as, a

cua

do,

Gra

bado

de

arm

adur

asfo

rja,

esp

adas

de

acer

o

1000

a 1

500

Alt

o ho

rno,

tip

osde

Cri

stal

Est

irad

o de

ala

mbr

e,Pa

pel l

ija, s

ierr

a m

etal

es, f

undi

cin

trab

ajos

de

orfe

brer

aim

puls

ada

por

mol

ino

de c

ampa

nas,

pel

tre

en o

ro y

pla

tade

vie

nto

1500

a 1

600

Ca

ones

de

hier

roV

idri

o pl

ano

fund

ido,

Pote

ncia

hid

rul

ica

para

Torn

o de

man

o pa

rafu

ndid

o, p

laca

vidr

io d

e pe

dern

altr

abaj

o de

los

met

ales

,m

ader

ade

est

ao

lam

inac

in

de t

iras

par

am

oned

as

1600

a 1

700

Fund

ici

n de

mol

dePo

rcel

ana

Lam

inac

in

(plo

mo,

Man

drin

ado,

tor

nead

o,pe

rman

ente

, lat

n a

oro,

pla

ta),

lam

inad

om

ecan

izad

o de

ros

cas,

part

ir d

e co

bre

yde

for

mas

(pl

omo)

tala

dro

de c

olum

nazi

nc m

etl

ico

(con

tin

a en

la s

igui

ente

pg

ina)

Egipto: a.C. aa. C.Grecia:a. C. aa. C.Imperio romano:a. C. a476 d. C.Edad media:a 1492Renacimiento: siglo XIV al XVI

'476'500

'146 '1100'300 '3100

6

TA

BL

A I

.2

Des

arro

llo

his

tri

co d

e m

ater

iale

s y

pro

ceso

s d

e m

anu

fact

ura

(co

nti

nu

aci

n)

Peri

odo

Fech

asM

etal

es y

Div

erso

sFo

rmad

o y

Uni

nH

erra

mie

ntas

, fu

ndic

in

mat

eria

les

ym

odel

ado

maq

uina

doy

sist

emas

com

psi

tos

de m

anuf

actu

ra

1700

a 1

800

Hie

rro

fund

ido

mal

eabl

e,E

xtru

sin

(tu

bo d

e ac

ero

de c

riso

l (ba

rras

ypl

omo)

, em

buti

do

vari

llas

de h

ierr

o)pr

ofun

do, l

amin

aci

n

1800

a 1

900

Fund

ici

n ce

ntr

fuga

,V

idri

o pa

ra v

enta

na

Mar

tillo

de

vapo

r,

Cep

illo

de m

esa

fija

,pr

oces

o B

esse

mer

,de

cili

ndro

div

idid

o,

lam

inac

in

de a

cero

,fr

esad

o, t

orno

cop

iado

ral

umin

io e

lect

rolt

ico,

l

mpa

ra d

e lu

z,vu

lca-

tubo

sin

cos

tura

,pa

ra c

ajas

de

fusi

les,

barr

asde

nq

uel,

niza

cin

,pro

cesa

-la

min

aci

n de

rie

les

deto

rno

de t

orre

ta,

met

ales

bab

bitt

, ace

rom

ient

o de

l hul

e,ac

ero,

lam

inad

ofr

esad

ora

univ

ersa

l, ga

lvan

izad

o, m

etal

urgi

apo

list

er, e

stir

eno,

cont

inuo

, di

sco

vitr

ific

ado

para

de p

olvo

s, a

cero

de

celu

loid

e, e

xtru

sin

el

ectr

odep

osic

in

rect

ific

ado

hoga

r ab

iert

ode

hul

e, m

olde

o

1900

a 1

920

Fabr

icac

in

auto

mt

ica

Rol

ado

de t

ubos

,O

xiac

etile

no;

Torn

o en

gran

ado,

rosc

a-de

bot

ella

s, b

aque

lita,

extr

usi

n en

cal

ient

eso

ldad

ura

de a

rco,

dora

aut

omt

ica,

talla

dovi

drio

de

boro

silic

ato

resi

sten

cia

elc

tric

ade

eng

rane

sco

n fr

esa

y t

rmic

am

adre

,her

ram

ient

as d

eac

ero

de a

lta

velo

cida

d,x

ido

de a

lum

inio

y c

ar-

buro

de

silic

io (

sint

tic

o)

1920

a 1

940

Fund

ici

n a

pres

in

Des

arro

llo d

e pl

sti

cos,

Ala

mbr

e de

tun

gste

noE

lect

rodo

sC

arbu

ro d

e tu

ngst

eno,

fund

ici

n, m

olde

o,a

part

ir d

e po

lvo

recu

bier

tos

prod

ucci

n e

n m

asa,

clor

uro

de p

oliv

inilo

,m

etl

ico

mq

uina

s de

acet

ato

de c

elul

osa,

tran

sfer

enci

apo

lieti

leno

, fib

ras

de v

idri

o

1940

a 1

950

Proc

eso

a la

cer

aA

crli

cos,

hul

e E

xtru

sin

(ac

ero)

,So

ldad

ura

deR

ecub

rim

ient

os d

epe

rdid

a pa

ra p

arte

ssi

ntt

ico,

epx

icos

,es

tam

pado

, met

ales

arco

sum

ergi

doco

nver

sin

de

fosf

ato,

de in

geni

era

vidr

io f

otos

ensi

ble

en p

olvo

par

a pa

rtes

cont

rol d

e ca

lidad

tot

alpa

ra in

geni

era

1950

a 1

960

Mol

de c

erm

ico,

Acr

iloni

trilo

but

adie

noE

xtru

sin

en

fro

Sold

adur

a de

arc

oM

aqui

nado

el

ctri

co y

hier

ro n

odul

ar,

esti

reno

,(a

cero

), f

orm

ado

de m

etal

y g

as, d

equ

mic

o, c

ontr

olse

mic

ondu

ctor

es,

fluo

roca

rbon

os,

expl

osiv

o,

tung

sten

o y

gas

yau

tom

tic

ofu

ndic

in

cont

inua

poliu

reta

no, v

idri

opr

oces

amie

nto

de e

lect

roes

cori

a;fl

otad

o, v

idri

ote

rmom

ecn

ico

sold

adur

a po

rte

mpl

ado,

cer

mic

osex

plos

in

vidr

iado

s

Segunda Guerra MundialPrimera Guerra Mundial Revolucin Industrial:a 1850 '1750

7

TA

BL

A I

.2

Des

arro

llo

his

tri

co d

e m

ater

iale

s y

pro

ceso

s d

e m

anu

fact

ura

(co

nti

nu

aci

n)

Peri

odo

Fech

asM

etal

es y

Div

erso

sFo

rmad

o y

Uni

nH

erra

mie

ntas

, fu

ndic

in

mat

eria

les

ym

odel

ado

maq

uina

doy

sist

emas

com

psi

tos

de m

anuf

actu

ra

1960

a 1

970

Fund

ici

n po

r A

ceta

les,

Hid

rofo

rmad

o,So

ldad

ura

de a

rco

Car

buro

de

tita

nio,

com

pres

in,

polic

arbo

nato

, ex

trus

in

hidr

ost

tica

,de

pla

sma

y de

diam

ante

sin

tti

co,

lab

es p

ara

turb

ina

form

ado

en f

ro

deel

ectr

ofor

mad

oha

z de

ele

ctro

nes,

cont

rol n

umr

ico,

de m

onoc

rist

ales

pls

tico

s, p

lst

icos

uni

n po

r ad

hesi

vos

mic

roci

rcui

to in

tegr

ado

refo

rzad

os, d

evan

ado

de f

ilam

ento

s

1970

a 1

990

Gra

fito

com

pact

ado,

Adh

esiv

os, m

ater

iale

sFo

rjad

o de

pre

cisi

n,

Ray

o l

ser,

Nit

ruro

de

boro

cbi

co,

fund

ici

n al

vac

o,

com

psi

tos,

sem

i-fo

rjad

o is

otr

mic

o,un

in

por

difu

sin

herr

amie

ntas

rec

ubie

rtas

,ar

ena

aglu

tina

daco

nduc

tore

s, f

ibra

sfo

rmad

o su

perp

lst

ico,

(tam

bin

com

bina

dato

rnea

do d

e di

aman

te,

org

nica

men

te,

pti

cas,

cer

mic

osm

atri

ces

fabr

icad

asco

n fo

rmad

om

aqui

nado

de

ultr

a-au

tom

atiz

aci

n de

les

truc

tura

les,

m

edia

nte

dise

o

supe

rpl

stic

o),

prec

isi

n,m

anuf

actu

ram

olde

o y

cola

do,

com

psi

tos

de m

atri

zy

man

ufac

tura

asi

stid

aso

ldad

ura

blan

dain

tegr

ada

por

com

pu-

solid

ific

aci

n r

pida

,ce

rm

ica,

pls

tico

spo

r co

mpu

tado

ra,

con

mon

tura

ta

dora

, rob

ots

indu

stri

a-co

mp

sito

s de

mat

riz

biod

egra

dabl

es,

forj

ado

y fo

rmad

o su

perf

icia

lle

s, c

entr

os d

e m

aqui

na-

met

lic

a, t

raba

jo d

epo

lmer

os

de f

orm

a ne

ta,

doy

torn

eado

, sis

tem

asm

etal

es s

emis

lid

os,

elc

tric

amen

tesi

mul

aci

n en

de m

anuf

actu

rafl

exib

le,

met

ales

am

orfo

s,

cond

ucto

res

com

puta

dora

tecn

olog

a d

e de

tect

ores

,al

eaci

ones

con

mem

oria

in

spec

cin

aut

omat

izad

a,de

for

ma

(mat

eria

les

sist

emas

exp

erto

s,si

mu-

inte

ligen

tes)

, sim

ulac

in

laci

n y

opt

imiz

aci

nen

com

puta

dora

sen

com

puta

dora

s

1990

a 2

000

Reo

fund

ici

n, d

ise

oM

ater

iale

s de

nan

ofas

e,Fa

bric

aci

n r

pida

Sold

adur

a de

Mic

ro y

nan

ofab

rica

cin

,de

mol

des

y m

atri

ces

espu

mas

met

lic

as,

de p

roto

tipo

s, m

onta

jeag

itac

in

por

LIG

A (

acr

nim

o al

emn

asis

tido

por

com

pu-

recu

brim

ient

os

rpi

do d

e he

rram

ien-

fric

cin

, sue

ldas

sin

para

un

proc

eso

que

tado

ra, m

onta

je r

pid

oav

anza

dos,

sup

er-

tas,

flu

idos

am

igab

les

plom

o, e

sboz

osco

mpr

ende

lito

graf

a,

de h

erra

mie

ntas

cond

ucto

res

de a

lta

con

el m

edio

am

bien

tede

hoj

a m

etl

ica

elec

trod

epos

ici

n y

tem

pera

tura

, cer

mic

ospa

ra e

l tra

bajo

de

los

(esp

ecia

les)

sol

dada

sm

olde

o), a

taqu

e en

maq

uina

bles

, car

bono

met

ales

a to

pe c

on l

ser,

seco

, tra

nsm

isio

nes

deco

mo

diam

ante

adhe

sivo

sm

otor

es li

neal

es, r

edes

elc

tric

amen

tene

uron

ales

art

ific

iale

s,co

nduc

tore

sse

is s

igm

a

Fuen

te: J

. A. S

chey

, C. S

. Sm

ith,

R. F

. Tyl

ecot

e, T

. K. D

erry

, T. I

. Will

iam

s, S

. R. S

chm

id y

S. K

alpa

kjia

n.

Era de la informacinEra espacial


EJEMPLO I.1 Sujetadores para papel

El sujetador para papel o clip (fig. I.2), como lo conocemos hoy en da, fue desarrolla-do por un noruego, Johan Vaaler, quien recibi la patente respectiva en Estados Uni-dos en 1901. En este ejemplo, identificaremos los importantes factores comprendidosen el diseo y la manufactura de dichos sujetadores.

Suponga que se le pide disear y producir sujetadores para papel. Qu tipo dematerial elegira para hacer este producto tan simple? Debera ser metlico o podraser no metlico, como el plstico? Si elige un metal, qu tipo de metal y en qu con-diciones? Si el material con el que inici tiene la forma de alambre, cul sera su di-metro? Debera ser redondo o tener alguna otra seccin transversal? Sonimportantes el acabado superficial y la apariencia del alambre? Ms an, cmo to-mara una pieza de alambre y le dara la forma de clip? Lo hara a mano o, de no seras, qu tipo de mquina especial diseara y fabricara, o comprara, a fin de elabo-rar sujetadores para papel? Si como propietario de una compaa recibiera una or-den por 10,000 clips y otra por millones de ellos, sera diferente su mtodo demanufactura?

Es obvio que el sujetador para papel debe cumplir su requisito funcional bsi-co: mantener juntas hojas de papel con la suficiente fuerza de sujecin para que no seseparen. Por consiguiente, debe disearse de modo apropiado, particularmente encuanto a forma, tamao, textura y apariencia. El material seleccionado puede tenercierta rigidez y resistencia. Por ejemplo, si la rigidez (una medida de cunto se flexio-na cuando se somete a una fuerza) es muy grande, tal vez los usuarios requieran unnivel de fuerza incmodo o inconveniente para utilizar el clip, al igual que se necesi-ta mayor fuerza para estirar o comprimir un resorte rgido que para hacerlo con unoms suave. En cambio, si la rigidez del sujetador es demasiado pequea, no ejercerla suficiente fuerza de sujecin sobre el conjunto de papeles. Adems, si el esfuerzode fluencia del material del alambre (el esfuerzo requerido para provocar una defor-

FIGURA I.2 Ejemplos de una amplia variedad de mate-riales y formas para sujetadores para papel.


macin permanente en un material) es muy pequeo, el sujetador se doblar de ma-nera permanente durante el uso normal y, por lo tanto, ser muy difcil volver a usar-lo, como todos hemos experimentado. Ntese que la rigidez y resistencia del cliptambin dependen del dimetro del alambre y de las dimensiones y del diseo del su-jetador.

Despus de terminar el diseo del sujetador, debe buscarse el material adecua-do. Esta seleccin requiere conocimiento de la funcin y los requisitos de servicio delproducto, lleva a elegir materiales que, de preferencia, estn disponibles comercial-mente, y comprende la consideracin de su resistencia a la corrosin, porque el suje-tador se manipula con frecuencia y se somete a la humedad y a otros ataques delmedio ambiente. Por ejemplo, vanse las marcas de oxidacin que los clips dejan enlos documentos guardados en archivos durante un largo periodo.

Deben hacerse muchas otras preguntas respecto de la produccin de clips.Podr el material elegido soportar el doblado durante la manufactura sin agrietar-se o sin romperse? Podr cortarse fcilmente el alambre de una pieza larga sin des-gastar en exceso el herramental? El proceso de corte (cizallamiento) producir unaarista lisa en el extremo del alambre, o dejar una rebaba (una arista afilada) quepodra interferir en el uso que se pretende? Finalmente, cul es el mtodo de manu-factura ms econmico de esta parte, a la capacidad deseada de produccin, paraque pueda ser competitivo en el mercado? Por lo anterior, debe seleccionarse un m-todo de manufactura adecuado, as como las herramientas, maquinaria y equiposcorrespondientes.

EJEMPLO I.2 Bombillas

T. A. Edison (1847-1931) fabric la primera lmpara de luz incandescente y la encen-di en 1879. Sin embargo, una bombill

Manufactura ingenieria y tecnologia 5ed kalpakjian

Education

Transcript of Manufactura ingenieria y tecnologia 5ed kalpakjian