ESTADO DEL ARTE UNIDAD 3.

ESTADO DEL ARTE UNIDAD 3.

3.1 Uso de los materiales plásticos, polímetros y aleaciones ligeras para la búsqueda de la competitividad

INTRODUCCIÓN
Los polímeros termoestables, termofraguantes o termorígidos son aquellos que solamente son blandos o "plásticos" al calentarlos por primera vez. Después de enfriados no pueden recuperarse para transformaciones posteriores.
Esto se debe a su estructura molecular, de forma reticular tridimensional. En otras palabras, constituyen una red con enlaces transversales. La formación de estos enlaces es activada por el grado de calor, el tipo y cantidad de catalizadores y la proporción de formaldehído en la preparada base.

¿Qué son los Plásticos?

El término Plástico, en su significación mas general, se aplica a las sustancias de distintas estructuras y naturalezas que carecen de un punto fijo de ebullición y poseen durante un intervalo de temperaturas propiedades de elasticidad y flexibilidad que permiten moldearlas y adaptarlas a diferentes formas y aplicaciones. Sin embargo, en sentido restringido, denota ciertos tipos de materiales sintéticos obtenidos mediante fenómenos de polimerización o multiplicación artificial de los átomos de carbono en las largas cadenas moleculares de compuestos orgánicos derivados del petróleo y otras sustancias naturales.

Características Generales de los Plásticos
Los plásticos se caracterizan por una relación resistencia/densidad alta, unas propiedades excelentes para el aislamiento térmico y eléctrico y una buena resistencia a los ácidos, álcalis y disolventes. Las enormes moléculas de las que están compuestos pueden ser lineales, ramificadas o entrecruzadas, dependiendo del tipo de plástico. Las moléculas lineales y ramificadas son termoplásticos (se ablandan con el calor), mientras que las entrecruzadas son termoendurecibles (se endurecen con el calor).

POLÍMEROS
Los Polímeros, provienen de las palabras griegas Poly y Mers, que significa muchas partes, son grandes moléculas o macromoléculas formadas por la unión de muchas pequeñas moléculas: sustancias de mayor masa molecular entre dos de la misma composición química, resultante del proceso de la polimerización.
Cuando se unen entre sí más de un tipo de moléculas (monómeros), la macromolécula resultante se denomina copolímero.
Los polímeros pueden ser de tres tipos:
a. Polímeros naturales: provenientes directamente del reino vegetal o animal. Por ejemplo: celulosa, almidón, proteínas, caucho natural, ácidos nucleicos, etc.
b. Polímeros artificiales: son el resultado de modificaciones mediante procesos químicos, de ciertos polímeros naturales. Ejemplo: nitrocelulosa, etonita, etc.
c. Polímeros sintéticos: son los que se obtienen por procesos de polimerización controlados por el hombre a partir de materias primas de bajo peso molecular. Ejemplo: nylon, polietileno, cloruro de polivinilo, polimetano, etc.

Clasificación de los Polímeros según sus Propiedades Físicas
Desde un punto de vista general se puede hablar de tres tipos de polímeros:
· Elastómeros
· Termoplásticos
· Termoestables
Los elastómeros y termoplásticos están constituidos por moléculas que forman largas cadenas con poco entrecruzamiento entre sí. Cuando se calientan, se ablandan sin descomposición y pueden ser moldeados.
Los termoestables se preparan generalmente a partir de sustancias semifluidas de peso molecular relativamente bajo, las cuales alcanzan, cuando se someten a procesos adecuados, un alto grado de entrecruzamiento molecular formando materiales duros, que funden con descomposición o no funden y son generalmente insolubles en los solventes más usuales.

3.2. Stl Edm Moldes y Troqueles cnc su relacion y uso en los sistemas de manufactura

Biblioteca Estándar de Plantillas (STL)
Introducción a la biblioteca estándar de la plantilla
La biblioteca estándar de la plantilla, o STL, es una biblioteca de C++ de las clases, de los algoritmos, y de los iterators del envase; proporciona muchas de las estructuras de los algoritmos básicos y de datos de la informática. El STL es una biblioteca genérica, significando que sus componentes están dados parámetros pesadamente: casi cada componente en el STL es una plantilla. Usted debe cerciorarse de que usted entienda cómo las plantillas trabajan en C++ antes de que usted utilice el STL.
A menudo existe un poco de confusión entre los contenedores y los algoritmos en la librería estándar de C++, y la STL. La Standard Template Library fue el nombre que usó Alex Stepanov (que en aquella época estaba trabajando en Hewlett-Packard) cuando presentó su librería al Comité del C++ Estándar en el encuentro en San Diego, California, en la primavera de 1994. El nombre sobrevivió, especialmente después de que HP decidiera dejarlo disponible para la descarga pública. Posteriormente el comité integró las STL en la librería estándar de C++ haciendo un gran número de cambios. El desarrollo de las STL continúan en Silicón Graphics (SGI; ver . Las SGI STL divergen de la librería estándar de C++ en muchos sutiles puntos. Aunque es una creencia ampliamente generalizada, el C++ estándar no "incluye" las STL.

Maquinado por electro descarga (EDM)

El EDM es un medio de conformar metales duros y formar agujeros profundos y de formas complejas mediante erosión por arco en todas las clases de materiales electro conductores. Las Máquinas EDM más antiguas emplearon circuitos de resistencia - capacitancía (RC) o circuitos de relajación donde la energía se acumula en un capacitar y se descarga repetidamente a través de un claro. La circuiteria de estado sólido, indicada en la figura A. ha probado ser más eficiente y rápida. La herramienta se acerca a la superficie de la pieza de trabajo, es decir, 0.0254mm (0.001 pulg.), y el claro se llena con un fluido dieléctrico.

El claro entre la herramienta y la pieza de trabajo se mantiene por un dispositivo de control servo gobernado por el voltaje a través del claro en el tiempo de la descarga de la chispa. En algunos sistemas la herramienta se mueve en pulsos para evitar que el arco permanezca en un punto demasiado tiempo y ayuda a expulsar el ruido. Esto permite el uso de más corriente y una cantidad más alta de remoción de metal, hasta de cuatro veces más como se observó en un caso. En lugar de alimentarse en línea recta como es lo común, la herramienta puede orbitarse en algunas máquinas; esto es, la herramienta se gira sobre un excéntrico bajo control servo para barrer una forma más grande que ella misma, cortar conos hacia abajo o hacia arriba, y realizar cortes socavados u otros perfiles. En algunas máquinas las herramientas pueden moverse en trayectorias cuadradas o rectangulares o en líneas rectas conforme se alimentan en el trabajo.


El baño de fluido que alimenta la herramienta y la pieza de trabajo realizan varias funciones. Como un dieléctrico, soporta el voltaje para asegurar una alta acumulación de energía para cada descarga. Entonces el fluido y las impurezas que contiene suministran iones para la trayectoria del arco. El calor de la chispa vaporiza instantáneamente y descompone el fluido en su trayectoria. La inercia del fluido resiste la expansión rápida y causa una alta presión en la columna de descarga que intensifica el arco, donde se informa que alcanzan temperaturas de decenas de miles de grados, y expulsa el metal fundido. Entonces el fluido sirve para enfriar, solidificar, arrastrar el desperdicio, enfriar la herramienta y la pieza de trabajo.

La exactitud obtenida en EDM depende principalmente de la exactitud de la herramienta, del desgaste que sufra durante la operación y del control de sobrecorte. Mientras más exacta sea la herramienta, mayor el costo. Si se debe mantener pequeño el desgaste de la herramienta en el acabado, la remoción del material deberá mantenerse pequeña. Para un conjunto constante de condiciones el sobrecorte puede mantenerse uniformemente a una tolerancia de 5 mm (0.0002 pn) alrededor de la herramienta si el sobrecorte es pequeño.

Ventajas.
El EDM está en ventaja para cortar materiales duros, formas internas, formas difíciles de generar y piezas delicadas. Puede reproducir cualquier forma que pueda cortarse en una herramienta, y mecánicamente hacer una herramienta y ahondar una cavidad por EDM, por tanto, puede ser más fácil que tarar la cavidad. Por otra parte, el EDM remueve material casi tan rápido como el esmerilado con carburos cementados, y aún más rápido que el esmerilado para algunos de los materiales.

MOLDES Y TROQUELES
Moldes temporales
Los recipientes con la forma deseada se conocen como moldes, éstos se fabrican de diferentes materiales como: arena, yeso, barro, metal, etc. Los moldes pueden servir una vez o varias. En el primer caso se les conoce como moldes temporales y los que se pueden utilizan varias veces, se les conoce como moldes permanentes.
Modelos desechables y removibles
Los moldes se fabrican por medio de modelos los que pueden ser de madera, plástico, cera, yeso, arena, poliuretano, metal, etc. Si los modelos se destruyen al elaborar la pieza, se dice que éstos son disponibles o desechables y si los modelos sirven para varias fundiciones se les llama removibles.

Ventajas de los modelos desechables
Para la fabricación de moldes sin máquinas de moldeo se requiere menos tiempo.
No requieren de tolerancia especiales.
El acabado es uniforme y liso.
No requiere de piezas sueltas y complejas.
No requiere de corazones
El moldeo se simplifica notablemente.
Desventajas de los modelos desechables
El modelo es destruido en el proceso de fundición.
Los modelos son más delicados en su manejo.
No se puede utilizar equipo de moldeo mecánico.
No se puede revisar el acabado del molde.

DEFINICION DE TROQUELES
+ Molde empleado en la acuñación de monedas, medallas, etc.; es un tocho de acero dulce, en una de cuyas caras se imprime en hueco, a presión, el relieve figuras e inscripciones. Instrumento o maquina de bordes cortantes para recortar o estampar, por presión, planchas, cartones, cueros, etc.
+ Se denomina troquel a la perforación en línea recta que permite desprender parte del formulario. Utilizado mucho en chequeras, recibos, etc.


CONTROL NUMÉRICO POR COMPUTADORA (CNC)

¿CÓMO TRABAJA EL CNC?
Cuando se desarrollaron los sistemas de control numérico (CNC – Computerized Numerical Control) la idea consistía en preplanificar cada movimiento que el operario realizase, para posteriormente ejecutarlos secuencialmente de manera rápida, evitando las imprecisiones que se cometen en cualquier proceso manual. El desarrollo continuó ampliando el movimiento punto a punto a interpolaciones circulares y helicoidales, y agregando multitud de funcionalidades adjuntas.
EL CNC tiene que ser capaz de realizar las operaciones manteniendo los diferentes errores que se producen dentro de las tolerancias establecidas. Para el trabajo en alta velocidad, las exigencias son, como cabe esperar, más severas debido sobre todo a los altos valores de avance que se requieren.
La forma más habitual de especificar las trayectorias que debe seguir la herramienta en una operación de mecanizado esta basada en la generación de una sucesión de puntos entre los cuales se realizan interpolaciones lineales. El CAD (Computer Aided Design) permite realizar el diseño de la pieza a mecanizar como una concatenación de elementos geométricos simples, mientras que el CAM (Computer Aided Machining) define, a partir de la información CAD, la trayectoria a seguir por la herramienta para realizar el mecanizado de la pieza, siendo aquí donde se realiza la traslación de la trayectoria a puntos discretos. La serie de puntos es posteriormente cargada en el control numérico, que los ejecuta de forma ordenada.



3.3. Sistemas Cad Cae Cam Capp Caqa
CAD “DISEÑO ASISTIDO POR COMPUTADORA” (CAD – COMPUTER AIDED DESIGN)
Representa el conjunto de aplicaciones informáticas que permiten a un diseñador “definir” el producto a fabricar.
Permite al diseñador crear imágenes de partes, circuitos integrados, ensamblajes y modelos de prácticamente todo lo que se le ocurra en una estación gráfica conectada a un computador Estas imágenes se transforman en la base de un nuevo diseño, o en la modificación de uno previamente existente. A éstas se le asignan propiedades geométricas, cinéticas, del material entre otras, mejorando así el diseño sobre papel.


(CAE – COMPUTER AIDED ENGINEERING) “INGENIERÍA ASISTIDA POR COMPUTADORA”
Engloba el conjunto de herramientas informáticas que permiten analizar y simular el comportamiento del producto diseñado. Es la tecnología que analiza un diseño y simula su operación para determinar su apego a las condiciones de diseño y sus capacidades. Hoy en día, CAE es casi dos tecnologías separadas: una es la aplicada a la mecánica y otra a la electrónica. Ambas realizan extensos análisis respecto de las leyes físicas, así como de los estándares de la industria. El CAE mecánico, en particular, incluye un análisis por elementos finitos (FEA, finite element analysis) para evaluar las características estructurales de una parte y programas avanzados de cinemática para estudiar los complejos movimientos de algunos mecanismos. El CAE electrónico, asimismo, permite verificar los diseños antes de fabricarlos, simular su uso y otros análisis técnicos para evitar perder tiempo y dinero.
Tiene por objetivo, básicamente, proporcionar una serie de herramientas que permitan fabricar la pieza diseñada.

(CAM – COMPUTER AIDED MANUFACTURING) “FABRICACIÓN ASISTIDA POR COMPUTADORA”
Este sistema agrupa las aplicaciones encargadas de traducir las especificaciones de diseño a especificaciones de producción.
Entre las posibilidades de aplicación CAM encontramos:
o Generación de programas de Control Numérico.
o Simulación de estrategias y trayectorias de herramientas para mecanizado del producto diseñado (partiendo de un modelo CAD).
o Programación de soldaduras y ensamblajes robotizados.
o Inspección asistida por computadora. (CAI – Computer Aided Inspection)
o Ensayo asistido por computadora. (CAT – Computer Aided Testing)
Su del CAM es básicamente, proporcionar una serie de herramientas que permitan fabricar la pieza diseñada.
El sistema CAM también se encarga de simular el recorrido físico de cada herramienta, con el fin de prevenir posibles interferencias entre herramientas y materiales.

CAPP (COMPUTER AIDED PROCESS PLANNING), O PLANIFICACIÓN DE PROCESOS ASISTIDA POR COMPUTADOR
Es un sistema experto que captura las capacidades de un ambiente manufacturero específico y principios manufactureros ingenieriles, con el fin de crear un plan para la manufactura física de un pieza previamente diseñada. Este plan especifica la maquinaria que se ocupará en la producción de la pieza, la secuencia de operaciones a realizar, las herramientas, velocidades de corte y avances, y cualquier otro dato necesario para llevar la pieza del diseño al producto terminado. Para usar el CAPP más efectivamente en un entorno CIM, el diseño debería provenir electrónicamente de un ambiente CAD. Debido a que el CAPP determina cómo una pieza va a ser hecha, aporta en gran medida a la optimización del proceso y a la disminución de los costos, si tiene oportunidad de manejar los procesos de más de un diseño. El CAPP tiene dos tipos básicos: el variante y el generativo. El variante es el más comúnmente usado y desarrolla un plan modificando un plan previamente existente, eligiendo éste usando criterios de tecnología de grupos y de clasificación. El generativo incorpora el concepto de inteligencia artificial, usando sus conocimientos sobre las capacidades de la planta. Basado en la descripción de la pieza (geometría y material) y sus especificaciones, el computador elige el método óptimo para producir la pieza y genera automáticamente el plan.

CIM
(Computer Integrated Manufacturing) Manufactura Integrada por Computadora es el uso integrado de técnicas en manufactura asistidas por computadora. Esto incluye CAD, CAE, CAM, etc. pero el termino es interpretado en una variedad de formas dependiendo del proveedor de soluciones CIM.El Requisito principal de CIM es una base de datos central compartida que puede ser consultada por las diferentes disciplinas desplegadas durante el proceso de manufactura, como pueden ser diseño, desarrollo, manufactura, distribución, facturación, etc.