Análisis experimental de los procesos con arranque de viruta

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Título :	Análisis experimental de los procesos con arranque de viruta
Autor :	Cueva Guitron, Ignacio
Fecha de publicación :	2014
Resumen :	La formación de un ingeniero tiene como bases, profundos conocimientos de la física y las matemáticas, así como de las ciencias de la ingeniería; adicional a lo anterior es de primordial importancia que la currícula se vea complementada con aspectos relativos a las técnicas experimentales. En general es claro que en materias básicas se cumple con este propósito, sin embargo en diversos aspectos de la mecánica experimental ya en aspecto de ciencias de la ingeniería o de ingeniería aplicada no siempre se logra el objetivo. En lo que se refiere a la Ingeniería de la Manufactura su enseñanza se ha orientado en aspectos teóricos y desafortunadamente en algunos casos a meros conceptos informativos. Los laboratorios de Ingeniería de Manufactura históricamente se han orientado a cubrir aspecto del conocimiento práctico básico de los procesos, situación que no se debe despreciar, pero que no corresponde a la formación a nivel ingeniería; es por consecuencia que en este proyecto se orienta a cubrir los aspectos analíticos de los procesos con arranque de viruta. Esto es no se trata de enseñar el uso de las máquinas herramientas sino de que el alumno compruebe en forma experimental y de forma cuantitativa los efectos de las variables más relevantes en los procesos con arranque de viruta como son la velocidad de corte, la profundidad, el avance, los refrigerantes utilizados, la potencia y la rigidez de la máquina. No se trata solo de evaluar efectos como las fuerzas demandadas en el corte, o el desgaste, o la duración de las herramientas, se busca generar información que permita conocer efectos de las condiciones de corte sobre las tolerancias y acabados superficiales que se obtienen al producir una pieza bajo determinadas condiciones de maquinado. En la Facultad de Ingeniería dentro de las planes de estudio de las carreras de Ingeniería Mecánica, Ingeniería Industrial e Ingeniería Mecatrónica las asignaturas que tocan temáticas que corresponden a este proyecto son; Procesos de corte de materiales, Procesos de Manufactura II, Diseño de Herramental y Modelado de Procesos de Manufactura. Como ya se mencionó con antelación los laboratorios que competen a dichas asignaturas no consideran en la actualidad el análisis experimental de los procesos de corte, por lo que los productos de este proyecto tendrán aplicación inmediata. En este sentido se plantea desarrollar una serie de prácticas en donde se puedan estudiar diversos fenómenos que ocurren durante los procesos con arranque de viruta tomando en cuenta aspectos como velocidad de corte, avance y penetración de la superficie de trabajo. Las prácticas a desarrollar son las siguientes: Práctica 1. Análisis básico de los procesos de torneado (cilindrado), fresado (generación de superficies planas)y taladrado. Aplicaciones y limitaciones de los métodos utilizados para la medición experimental de fuerzas de en los procesos con arranque de viruta Práctica 2. Análisis bajo consideraciones biaxiales del modelo de corte (ortogonal), aplicaciones y limitaciones Práctica 3. Metodología para la instrumentación y medición de las fuerzas de corte en diferentes procesos de manufactura Práctica 4. Análisis de fuerzas para operaciones de cilindrado Práctica 5. Análisis de las fuerzas de corte para el proceso de generación de superficies planas mediante herramientas multifilos. Práctica 6. Análisis de las fuerzas de corte para condiciones de ultra alta velocidad de corte. Práctica 7. Análisis de las fuerzas de corte para el proceso de taladrado en materiales de ingeniería Práctica 8. Análisis de corte de aleaciones de alta tecnología [aeroespacial, biomédica, ind.química]. Es importante hacer notar que el trabajo no solo implica el desarrollo de protocolos experimentales, ya que debido a la orientación actual de los laboratorios no se dispone de las herramientas necesarias para un verdadero análisis experimental de tipo cuantitativo. Esto representa que deberán diseñar y construir
URI :	http://132.248.161.133:8080/jspui/handle/123456789/5243
metadata.dc.contributor.responsible:	Cueva Guitron, Ignacio
metadata.dcterms.callforproject:	2014
metadata.dc.coverage.temporal:	2014-2016
metadata.dcterms.educationLevel.SEP:	Licenciatura nivel superior
metadata.dc.description.objective:	Desarrollo de la infraestructura que permita el análisis experimental de los procesos de corte de materiales, tanto en lo que se refiere a metales y aleaciones como a otros materiales. Con esto se mejora el proceso enseñanza aprendizaje, pasando de la simple aplicación de los principios a la comprobación experimental del efecto que variables como velocidad, profundidad, avance, material de la herramienta y lubricantes tienen en el maquinado de los diversos materiales de ingeniería.
metadata.dc.description.hypothesis:	Las leyes de la mecánica al ser aplicadas al estudio de los procesos de con arranque de viruta permiten entender los factores que inciden en la maquinabilidad de los materiales de ingeniería, así como en la vida útil de las herramientas y el efecto que dichas variables tienen en la precisión y el acabado superficial de las piezas maquinadas. El empleo de diversas técnicas experimentales para analizar las variables que mayor influyen en los procesos con arranque de viruta permitirá determinar cuantitativamente las relaciones causa efecto que se presentan bajo diversas condiciones. La formación del estudiante dentro de las ramas de la ingeniería debe considerar de forma integral la parte teórica con la experimental iniciando con los procesos más comunes como son el torneado, fresado y taladrado de diferentes materiales. Los conceptos de la mecánica serán asimilados de mejor manera al poner estos en práctica, permitiendo de esta forma una mejor formación experimental en el estudiante, a la vez de comprobar como la aplicación de los conceptos teóricos permite entender los efectos de los fenómenos que se presentan en los procesos con arranque de viruta.
metadata.dc.description.strategies:	ESTRATEGIA DE APRENDIZAJE El análisis experimental de procesos con arranque de viruta juega un papel protagónico en el logro de las técnicas de la manufactura, auxilia al aprendizaje de los fenómenos que se presentan durante los procesos con arranque de viruta. Las evaluaciones de las fuerzas presentes en los procesos con arranque de viruta de manera experimental refuerza los conocimientos teóricos con que cuentan los estudiantes y profesores de las áreas del conocimiento afines. Al generar un conjunto de procedimientos ordenados para desarrollarse en un laboratorio emergente de análisis experimental de esfuerzos enfocado a procesos con arranque de viruta, se generará un material didáctico valioso y útil en el área de la ingeniería de manufactura. Las prácticas que serán desarrolladas fijaran un objeto concreto y permitirán identificar las variables con mayor influencia que deben considerarse en los procesos con arranque de viruta. Al hacer esto el estudiante pondrá en práctica diversos conceptos de la mecánica experimental. Con lo que se está proponiendo el estudiante se enfrentará a la correlación entre los conceptos teóricos que de manera simplificada se estudian para su rápida solución y entendimiento y la identificación de los mismos en un caso real, además de involucrarse de manera directa con los procesos con arranque de viruta. METODOLOGÍA a)Identificación de las variables en procesos con arranque de viruta b)Desarrollar técnicas para la medición de las variables en los procesos con arranque de viruta c)Adaptación de los dispositivos utilizados para los tres procesos más comunes d)Instrumentación y calibración de las celdas de carga e)Desarrollo de protocolos para el análisis experimental de las variables con mayor influencia en los procesos con arranque de viruta f)Análisis de esfuerzos y deformaciones tanto en material como herramienta durante los procesos de corte. g)Análisis del efecto de las condiciones de corte en las temperaturas del material y de la herramienta. h)Análisis del efecto de las condiciones de corte en el acabado y la precisión dimensional de las piezas generadas por maquinado. i)Determinación de las condiciones de corte en aleaciones de alta tecnología y en materiales no convencionales. Análisis e interpretación de los datos obtenidos de manera experimental en las diferentes procesos con arranque de viruta, para con estos elementos retroalimentar los modelos teóricos. La metodología a seguir en los experimentos, proporcionará a los estudiantes la oportunidad de complementar los conocimientos teóricos, y de esta manera utilizarlos posteriormente en la solución de problemas en el ámbito profesional
metadata.dc.description.goals:	Metas primer año Diseño de la infraestructura, fabricación de herramentales y equipamiento de las máquinas a utilizar en las prácticas. En este aspecto el grupo ya cuenta con el software y el hardware, los cuales son adaptables para la para la adquisición de datos de las prácticas de análisis experimental de procesos con arranque de viruta en los procesos más comunes como el torneado, fresado y taladrado de materiales de ingeniería. Una vez generada la infraestructura básica se procederá al diseño y desarrollo de las tres primeras prácticas propuestas, las cuales son Práctica 1. Análisis básico de los procesos de torneado (cilindrado), fresado (generación de superficies planas) y taladrado. Aplicaciones y limitaciones de los métodos utilizados para la medición experimental de fuerzas de en los procesos con arranque de viruta Práctica 2. Análisis bajo consideraciones biaxiales del modelo de corte (ortogonal), aplicaciones y limitaciones Práctica 3. Metodología para la instrumentación y medición de las fuerzas de corte en diferentes procesos de manufactura Elaboración de una artículo para congreso internacional de Ingeniería de Manufactura "Metodología experimental para evaluar las fuerzas de corte en procesos con arranque de viruta Adaptación del instrumental destinado a la medición de fuerzas de corte en los procesos de torneado, fresado y taladrado. Metas para el segundo año Teniendo perfectamente claros las teorías básicas de los procesos con arranque de viruta así como las aplicaciones y limitaciones de los modelos de corte ortogonal y definidas las metodologías para la medición de las variables que mayor efecto tienen en los procesos con arranque de viruta los cuales corresponden a las tres primeras prácticas, se procederá a aplicar estos ya en el análisis de diversas pruebas con materiales de ingeniería, por lo tanto se diseñaran los protocolos que deban seguirse para obtener los análisis deseados en los procesos con arranque de viruta más comunes. Es por consecuencia que durante el segundo año se afinarán hasta plantear en su formato definitivo las siguientes prácticas: Práctica 4. Análisis de fuerzas para operaciones de cilindrado Práctica 5. Análisis de las fuerzas de corte para el proceso de generación de superficies planas mediante herramientas multifilos. Práctica 6. Análisis de las fuerzas de corte para condiciones de ultra alta velocidad de corte. Práctica 7. Análisis de las fuerzas de corte para el proceso de taladrado en materiales de ingeniería Práctica 8. Análisis de corte de aleaciones de alta tecnología [aeroespacial, biomédica, ind.química]. Instrumentación de los sistemas de medición, calibración y captura de datos de las fuerzas en procesos con arranque de viruta en particular torneado, fresado y taladrado. Elaboración del artículo "Experiencias de la implementación de prácticas de análisis de fuerzas de corte en materiales de ingeniería Elaboración del artículo "La importancia de la formación experimental en procesos de corte en la currícula de las Ingenierías concurrentes en la manufactura metal mecánica"
metadata.dc.description.selfAssessment:	El producto principal de este proyecto al concluir en su segunda etapa es el "Manual de prácticas de laboratorio de análisis experimental de procesos con arranque de viruta", además se logró integrar la infraestructura necesaria para la implementación de las prácticas de manera inmediata en las asignaturas del nuevo plan de estudios como son: Procesos de manufactura I, Procesos de Manufactura II, ingeniería de manufactura, Sistemas de manufactura flexible, Temas selectos de Producción y manufactura, así mismo se seguirán cubriendo a las del plan anterior como son: Procesos de corte, Procesos de Conformado, Diseño de Herramental, Modelado de Procesos de Manufactura. En el manual de prácticas se encuentran los protocolos que permitieron realizar las primeras pruebas con dos grupos piloto y a su vez permitirán realizar las pruebas experimentales con repetibilidad y reproducibilidad con grupos posteriores de las materias mencionadas anteriormente, siendo estos elementos una herramienta complementaria para la formación de los futuros egresados de la Facultad de Ingeniería que en la actualidad tienen bases sólidas en conocimientos de física, matemáticas, así como en las ciencias de ingeniería. En consecuencia este proyecto se orientó a cubrir los aspectos experimentales de los procesos con arranque de viruta. Esto no se enfoca a enseñar el uso de las máquinas herramientas sino de que el alumno compruebe en forma experimental y de forma cuantitativa los efectos de las variables más relevantes en los procesos con arranque de viruta como son: la velocidad de corte, la profundidad de corte, avance, los refrigerantes utilizados en los materiales de ingeniería, la potencia y la rigidez de la máquina, además de aspectos geométricos y acabados superficiales de las piezas a fabricar. Se tiene proyectado que el producto final contribuirá a cubrir la demanda de profesionales con bases sólidas en las diferentes áreas del conocimiento de las ingenierías y en este caso en el área de manufactura, indispensables para la formación de profesionales calificados. En este sentido se realizaron los esfuerzos para brindar un soporte que contribuya a mejorar la comprensión de operaciones que involucran procesos con arranque de viruta. La generación de un manual de prácticas donde se analizan estos procesos es una herramienta que refuerzan los conocimientos teóricos que comprenden cálculo de algunas variables que intervienen en las operaciones de manufactura, así como el análisis de las magnitudes de las fuerzas de corte. El proyecto ha sido satisfactorio ya que permitirá formar ingenieros con conocimiento de los procesos de manufactura y dominio de los parámetros de mayor peso en operaciones con arranque de viruta, capaces de generar soluciones óptimas en la manufactura de piezas que involucran ajustes, tolerancias dimensionales así como rugosidades superficiales que permitan el correcto funcionamiento y alta calidad dentro de estándares internacionales.
metadata.dc.description.goalsAchieved:	-La principal meta lograda es el manual de prácticas que contiene los siguientes protocolos: 1. Análisis básico de los procesos de torneado 2. Análisis bajo consideraciones biaxiales del modelo de corte (ortogonal) 3. Procedimiento para la evaluación de corte ortogonal empleando el método CEL (Coupled Eulerian Lagrangian). 4. Metodología para la instrumentación y medición de fuerzas de corte 5. Análisis de fuerzas para operaciones de cilindrado 6. Análisis de las fuerzas de corte para condiciones de ultra alta velocidad de corte. 7. Análisis de las fuerzas de corte para el proceso de taladrado 8. Análisis de corte de aleaciones de alta tecnología -Instrumentación y acoplamiento de todos los sistemas involucrados en la medición de fuerzas de corte (software, tarjeta de adquisición de datos, amplificador de señal, y dispositivos de carga) para operaciones más comunes de torneado y taladrado. -Rediseño de herramentales ya manufacturados para un mejor acondicionamientos de los elementos de medición de fuerzas de corte. -Se desarrollaron las metodologías que han permitido la medición de las fuerzas de corte en operaciones de torneado y taladrado. En cuanto a las operaciones de torneado se lograron obtener valores experimentales en operaciones de cilindrado, estos valores se presentan en forma de tabla que permite una visualización puntual de las magnitudes de las fuerzas en el periodo de tiempo de la prueba y de esta forma poder realizar un análisis de las fuerzas involucradas siguiendo las mismas condiciones de ensayo establecidas en las metodologías desarrolladas. -En el caso de las operaciones de taladrado fue posible obtener las magnitudes experimentales de las variables involucradas(Fuerza en el Fz así como el momento Mz) de la misma manera que en las operaciones de torneado es decir en forma de tabla y gráfica que permite una visualización rápida de las magnitudes de las variables como Fuerza y Momento axial. -Dos alumnos realizando tesis de licenciatura, preparación de siete alumnos de licenciatura a través de servicio social. Preparación de dos alumnos de posgrado. -Además de la generación de recursos humanos que han adquirido conocimientos y habilidades en un tema que si bien es cierto no es nuevo si tiene una gran proyección, además de que este proyecto representa algunas de las primeras experiencias en estos temas dentro de la FI-UNAM. Es importante resaltar que durante años en la Facultad de Ingeniería y en particular en el área de manufactura y materiales se tenía esta idea de poder brindar a los alumnos una herramienta que les permitiera complementar sus conocimientos teóricos con la realización de prácticas de medición de fuerzas de corte en las diferentes operaciones de manufactura con arranque de viruta, sin embargo ha sido hasta ahora que se está cumpliendo con dicho propósito.
metadata.dcterms.provenance:	Facultad de Ingeniería
metadata.dc.subject.DGAPA:	Ingenierías
metadata.dc.type:	Proyecto PAPIME
Aparece en las colecciones:	1. Área de las Ciencias Físico Matemáticas y de las Ingenierías

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