manufactura, ingeniería y tecnología, kalpaljian-shmid, 5° edición

1. http://www.ingeelectronico.blogspot.com ManufacturA, INGENIERA Y TecNOLOGA ManufacturA, INGENIERAY TecNOLOGA QUINTA EDICIN S. Kalpakjian S. R. SchmidS. Kalpakjian S. R. Schmid QUINTA EDICIN Esta nueva edicin de Kalpakjian est dirigida a los estudiantes de las licenciaturas de manufactura, 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 sistemas 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 aproximadamente 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

2. http://www.ingeelectronico.blogspot.com LISTA DE TABLAS EN EL LIBRO Introduccin General I.1 Nmero de partes en algunos productos 2 I.2 Desarrollo histrico de materiales y procesos de manufactura 5 I.3 Caractersticas generales de manufactura de diversas aleaciones 17 I.4 Compensacin por hora aproximada relativa para trabajadores manufactureros, 2003. Estados Unidos = 100. Los costos de compensacin varan dependiendo de los beneficios y las prestaciones 40 Part I Fundamentos de materiales: Comportamiento y propiedades de manufactura 1.1 Tamaos de grano 55 1.2 Rangos de temperatura homloga para diferentes procesos 60 2.1 Propiedades mecnicas relativas de diversos metales a temperatura ambiente, en orden decreciente. Los metales se encuentran en forma de aleacin 65 2.2 Propiedades mecnicas de diversos materiales a temperatura ambiente 67 2.3 Valores caractersticos para K y n a temperatura ambiente 72 2.4 Rangos caractersticos de deformacin y de velocidad de deformacin en procesos de manufactura 75 3.1 Propiedades fsicas de diversos materiales a temperatura ambiente 103 3.2 Propiedades fsicas de materiales, en orden descendente 104 3.3 Relacin de esfuerzo mximo a la fluencia con respecto a la densidad de algunos metales 104 4.1 Descripcin de los procesos de tratamiento trmico para endurecimiento superficial 138 5.1 Seleccin tpica de aceros al carbono y aleados para diversas aplicaciones 156 5.2 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 160 5.4 Propiedades mecnicas a temperatura ambiente y aplicaciones tpicas de aceros inoxidables recocidos seleccionados 162 5.5 Tipos bsicos de aceros para matrices y herramentales 163 5.6 Caractersticas de procesamiento y de servicio de aceros comunes para matrices y herramentales 164 5.7 Materiales tpicos para matrices y herramental para trabajo de los metales 165 6.1 Costo aproximado por unidad de volumen para metales forjables y plsticos, en relacin con el costo del acero al carbono 170 6.2 Caractersticas generales de los metales y aleaciones no ferrosas 170 6.3 Propiedades de aleaciones seleccionadas de aluminio a temperatura ambiente 171 6.4 Propiedades de manufactura y aplicaciones tpicas de aleaciones forjables de aluminio seleccionadas 172 6.5 Propiedades y formas tpicas de aleaciones forjables de magnesio seleccionadas 176 6.6 Propiedades y aplicaciones tpicas de aleaciones forjables de cobre y latones seleccionadas 177 6.7 Propiedades y aplicaciones tpicas de bronces forjables seleccionadas 178 6.8 Propiedades y aplicaciones tpicas de aleaciones de nquel seleccionadas (todos son nombres comerciales) 179 6.9 Propiedades y aplicaciones tpicas de superaleaciones base nquel seleccionadas a 870 C (1600 F) (todos son nombres comerciales) 180 6.10 Propiedades y aplicaciones tpicas de aleaciones de titanio seleccionadas a diferentes temperaturas 181 7.1 Gama de propiedades mecnicas para diversos plsticos de ingeniera a temperatura ambiente 192 7.2 Temperaturas de transicin vtrea y de fusin de algunos polmeros 201 7.3 Recomendaciones generales para productos plsticos 209 7.4 Nombres comerciales de polmeros termoplsticos 209 8.1 Tipos y caractersticas generales de los cermicos 222 8.2 Propiedades de diversos cermicos a temperatura ambiente 225 8.3 Propiedades de diferentes vidrios 230 9.1 Tipos y caractersticas generales de los materiales compsitos 240 9.2 Propiedades caractersticas de las fibras de refuerzo 242 9.3 Materiales y aplicaciones de compsitos de matriz metlica 252 9.4 Resumen de propiedades de fibras y materiales para un caliper automotor de frenos 253 Parte II Procesos y equipo para la fundicin de metales 10.1 Contraccin o dilatacin volumtrica por solidificacin para diversos metales fundidos 275 11.1 Resumen de procesos de fundicin 286 11.2 Caractersticas generales de los procesos de fundicin 288 11.3 Propiedades y aplicaciones caractersticas de algunas aleaciones comunes de fundicin a presin en matriz 308 12.1 Tolerancia normal a la contraccin para algunos metales fundidos en moldes de arena 326 12.2 Aplicaciones comunes de las fundiciones y caractersticas de fundicin 334 12.3 Propiedades y aplicaciones comunes de los hierros fundidos 334 12.4 Propiedades mecnicas de los hierros fundidos grises 335 12.5 Propiedades y aplicaciones comunes de las aleaciones no ferrosas fundidas 335 12.6 Caractersticas generales de los costos de los procesos de fundicin 337 Parte III Procesos y equipo de formado y moldeado III.1 Caractersticas generales de los procesos de formado y moldeado 346 14.1 Caractersticas generales de los procesos de forjado 373 14.2 Intervalo de valores de k para la ecuacin 14.2 378 14.3 Clasificacin de metales en orden decreciente de forjabilidad 386 14.4 Intervalos caractersticos de velocidades del equipo de forjado 390 14.5 Comparacin de diseos de soportes de suspensin del automvil Lotus Elise 395 15.1 Intervalos caractersticos de temperaturas de extrusin para diversos metales y aleaciones 406 16.1 Caractersticas generales de los procesos de formado de hojas metlicas (en orden alfabtico) 426 16.2 Caractersticas importantes de los metales en las operaciones de formado de hojas (lminas) 436 16.3 Radio mnimo de doblado para diversos metales a temperatura ambiente 442 16.4 Intervalos caractersticos de anisotropa normal promedio, Rprom para diferentes hojas (lminas) metlicas 454 17.1 Presiones de compactado para diversos polvos 493 17.2 Temperatura y tiempo de sinterizacin para diversos metales 499 17.3 Propiedades mecnicas de materiales seleccionados de P/M 501 17.4 Comparacin de propiedades mecnicas de algunos metales forjados y de P/M equivalentes (slo sinterizados) 502 17.5 Comparacin de propiedades mecnicas de la aleacin de titanio Ti-6AL-4V 502 17.6 Partes de titanio forjadas y de P/M y ahorro en los costos 509 18.1 Caractersticas generales del procesamiento de cermicos 514

3. http://www.ingeelectronico.blogspot.com FACTOR DE CONVERSIN PARA UNIDADES SI PROPIEDAD PARA CONVERTIR DE A MULTIPLICAR POR Aceleracin pie/s2 m/s2 ngulo grado rad minuto rad segundo rad rea pulg2 m2 pie2 m2 pulg2 mm2 pie2 mm2 Densidad lb/pulg3 kg/m3 Energa pie lb J 1.356 Btu J calora J 4.184 J Fuerza kgf N 9.807 lb N 4.448 Longitud pulg m pie m Masa lb kg tonelada (mtrica) kg tonelada (corta) kg Potencia hp W Btu/min W pie lb/min W Presin, esfuerzo lb/pulg2 Pa bar Pa atmsfera Pa Trmica Btu/h pie F 1.730 Torque lb pulg lb pie 1.356 Velocidad pie/min m/s rpm rad/s Volumen pulg3 pie3 pulg3 pie3 galn (EUA) litro 3.785 OTRAS CONVERSIONES lb/pulg2 lb/pulg3 g/cm3 MPa 9.807 Btu/h pie F cal/s cm C onza g micropulgada micra angstrom m tonelada mtrica kg tonelada corta lb 2.240 * 103 103 10-10 2.540 * 10-2 2.835 * 10 4.134 * 10-3#### kg>mm2 2.768 * 10 7.030 * 10-4 kgf>mm2 2.832 * 107 mm3 1.639 * 104 mm3 2.832 * 10-2 m3 1.639 * 10-5 m3 1.047 * 10-1 5.080 * 10-3 N # m# 1.130 * 10-1 N # m# 4.184 * 103 J/kg # KBtu>lb # F 4.184 * 102 W/m # Kcal>s.cm # C W/m # K## 1.013 * 105 1.000 * 105 6.895 * 103 2.260 * 10-2# 1.757 * 10 7.457 * 102 9.072 * 102 1.000 * 103 4.536 * 10-1 3.048 * 10-1 2.540 * 10-2 3.600 * 103 watt # h 1.054 * 103 # 2.768 * 104 9.290 * 104 6.452 * 102 9.290 * 10-2 6.452 * 10-4 4.848 * 10-6 2.909 * 10-4 1.745 * 10-2 3.048 * 10-1

4. http://www.ingeelectronico.blogspot.com 19.1 Caractersticas generales de los procesos de formado y moldeo para plsticos y materiales compsitos 535 19.2 Comparativo de caractersticas de produccin de diversos mtodos de moldeo 574 20.1 Caractersticas de las tecnologas de produccin aditiva de prototipos rpidos 582 20.2 Propiedades mecnicas de materiales seleccionados para produccin de prototipos rpidos 582 Parte IV Procesos de maquinado y mquinas herramienta 21.1 Factores que influyen en las operaciones de maquinado 610 21.2 Intervalo aproximado de requerimientos de energa en las operaciones de corte por lo que se refiere al motor de ac- cionamiento de la mquina herramienta (multiplicar por 1.25 para 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 la fig. 21.15c) para herramientas de corte en diversas operaciones de maquinado 631 22.1 Propiedades generales de los materiales para herramientas 649 22.2 Caractersticas generales de los materiales para herramientas de corte (estos materiales para herramientas tienen una amplia variedad de composiciones y propiedades. En muchas categoras de materiales para herramientas existen traslapes) 650 22.3 Caractersticas generales de operacin de los materiales para herramientas de corte 651 22.4 Clasificacin ISO de las herramientas de corte de carburos de acuerdo con su uso 656 22.5 Clasificacin de los carburos de tungsteno de acuerdo con sus aplicaciones de maquinado 657 23.1 Caractersticas generales de los procesos de maquinado y tolerancias dimensionales caractersticas 676 23.2 Recomendaciones generales de ngulos de herramientas en torneado 678 23.3 Resumen de parmetros y frmulas de torneado 680 23.4 Recomendaciones generales para operaciones de torneado 682 23.5 Recomendaciones generales de fluidos de corte para maquinado (ver tambin captulo 33) 685 23.6 Capacidades tpicas y mximas dimensiones de piezas de trabajo para mquinas herramienta 688 23.7 Datos para el ejemplo 23.3 696 23.8 Velocidades normales de produccin para diversas operaciones de maquinado 696 23.9 Gua general de resolucin de problemas para operaciones de torneado 699 23.10 Capacidades generales de las operaciones de taladrado y mandrinado 706 23.11 Recomendaciones generales de velocidades y avances en taladrado 711 23.12 Gua general de resolucin de problemas para operaciones de taladrado 712 24.1 Resumen de parmetros y frmulas del fresado perifrico 727 24.2 Recomendaciones generales para operaciones de fresado 736 24.3 Gua general de resolucin de problemas para operaciones de fresado 737 25.1 Comparacin de condiciones de maquinado convencional con- tra maquinado de media luna roja 780 26.1 Intervalos de dureza Knoop para diversos materiales y abrasivos 792 26.2 Requerimientos aproximados de energa especfica para rectificado de superficies 801 26.3 Intervalos caractersticos de velocidades y avances para procesos abrasivos 808 26.4 Caractersticas generales de los procesos y mquinas para el maquinado abrasivo 809 26.5 Recomendaciones generales para fluidos para rectificado 817 27.1 Caractersticas generales de los procesos de maquinado avanzado 837 27.2 Aplicaciones generales de los rayos lser en la manufactura 851 Parte V Fabricacin de dispositivos microelectrnicos y micromanufactura 28.1 Caractersticas generales de las tcnicas de litografa 879 28.2 Caractersticas generales de las operaciones de ataque (grabado) de silicio 885 28.3 Comparacin de velocidades de ataque 886 29.1 Comparacin de tcnicas de manufactura de micromoldes 923 29.2 Comparacin de propiedades de materiales de imanes perma- nentes 924 Parte VI Procesos y equipo para unin VI.1 Comparacin de diversos mtodos de unin 939 30.1 Caractersticas generales de los procesos de soldadura por fusin 941 30.2 Designacin de electrodos de acero dulce recubiertos 955 32.1 Metales de aporte comunes para la soldadura fuerte de diversos metales y aleaciones 1006 32.2 Tipos de aleaciones de soldadura blanda y sus aplicaciones 1010 32.3 Propiedades y caractersticas comunes de los adhesivos estruc- turales qumicamente reactivos 1015 32.4 Caractersticas generales de los adhesivos 1016 Parte VII Tecnologa de superficies 34.1 Recubrimientos cermicos para aplicaciones de alta temperatura 1076 Parte VIII Aspectos comunes de la manufactura 36.1 Expectativa de vida de algunos productos 1112 36.2 Los 14 puntos de Deming 1114 36.3 Constantes para las tablas de control 1126 36.4 Datos para el ejemplo 36.3 1129 Parte IX Manufactura en un ambiente competitivo 37.1 Desarrollo en la historia de la automatizacin de los procesos de manufactura 1146 37.2 Cantidad aproximada de produccin anual 1149 39.1 Comparacin de caractersticas generales de lneas de transferencia y sistemas flexibles de manufactura 1222 40.1 Referencias a diferentes temas en este libro 1240 40.2 Costo relativo de reparacin en diferentes etapas de desarrollo y venta del producto 1244 40.3 Expectativa de vida promedio para diferentes productos. Ver tambin tabla 36.1 1244 40.4 Formas de materiales disponibles comercialmente 1247 40.5 Costo aproximado por unidad de volumen para metales forjables y polmeros, en relacin con el costo del acero al carbono 1249 40.6 Intervalos aproximados de desperdicio generado en diferentes procesos de manufactura 1250 40.7 Cambios de materiales del avin militar de carga C-5A al C-5B 1252 40.8 Caractersticas generales de los procesos de manufactura para diferentes metales y aleaciones 1258 40.9 Costos relativos para maquinaria y equipo (los costos varan mucho, dependiendo del tamao, capacidad, opciones y nivel de automatizacin y de control por computadora. Ver tambin las secciones de economa en diferentes captulos) 1263 40.10 Aspectos de diseo para contenedores de solucin intravenosa 1268

5. http://www.ingeelectronico.blogspot.com

6. http://www.ingeelectronico.blogspot.com Manufactura, ingeniera y tecnologa Q U I N T A E D I C I N Serope Kalpakjian Illinois Institute of Technology Steven R. Schmid The University of Notre Dame TRADUCCIN Jaime Espinosa Limn Ingeniero mecnico REVISIN TCNICA Francisco Javier Sandoval Palafox Ulises Figueroa Lpez Departamento de Ingeniera Mecnica y Mecatrnica Instituto Tecnolgico y de Estudios Superiores de Monterrey Campus Estado de Mxico Roberto Hernndez Crdenas Departamentos de Ingeniera Mecatrnica e Ingeniera Industrial Tecnolgico de Estudios Superiores de Jilotepec

7. http://www.ingeelectronico.blogspot.com Authorized translation from the English language edition, entitled Manufacturing engineering and technology, 5th edition by Serope Kalpakjian and Steven 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 Castillo e-mail: [email protected] Editora de desarrollo: Claudia Celia Martnez Amign Supervisor de produccin: Jos D. Hernndez Garduo Edicin en ingls Vice President and Editorial Director, ECS: Marcia J. Horton Executive Editor: Eric Svendsen Associate Editor: Dee Bernhard Executive Managing Editor: Vince OBrien Managing Editor: David A. George Production Editor: Rose Kernan Director of Creative Services: Paul Belfanti Creative Director: Heather Scott Cover Designer: John Christiana Art Editor: Xiaohong Zhu Manufacturing Manager: Alexis Heydt-Long Manufacturing Buyer: Lisa McDowell Senior Marketing Manager: Holly Stark QUINTA EDICIN 2008 D.R. 2008 por Pearson Educacin de Mxico, S.A. de C.V. Atlacomulco 500, 5 piso Col. Industrial Atoto 53519 Naucalpan de Jurez, Edo. de Mxico E-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 recuperacin 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: 970-26-1026-5 ISBN 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

8. http://www.ingeelectronico.blogspot.com a una hermana especial Mari Yegiyayan con gratitud y a una maravillosa hija Carly Petronis Schmid

10. http://www.ingeelectronico.blogspot.com CONTENIDO Prefacio xxiii Acerca de los autores xxvii Introduccin general 1 I.1 Qu es la manufactura? 1 I.2 El proceso de diseo del producto y la ingeniera concurrente 11 I.3 Diseo para manufactura, ensamble, desensamble y servicio 14 I.4 Seleccin de materiales 16 I.5 Seleccin de procesos de manufactura 19 I.6 Diseo y manufactura consciente del medio ambiente 32 I.7 Manufactura integrada por computadora 33 I.8 Produccin esbelta y manufactura gil 37 I.9 Aseguramiento de la calidad y administracin de la calidad total 38 I.10 Competitividad global y costos de manufactura 39 I.11 Tendencias generales en la manufactura 41 Parte I: Fundamentos de materiales: comportamiento y propiedades de manufactura 43 1 La estructura de los metales 46 1.1 Introduccin 46 1.2 Estructura cristalina de los metales 47 1.3 Deformacin y resistencia de los monocristales 50 1.4 Granos y lmites de granos 54 1.5 Deformacin plstica de los metales policristalinos 57 1.6 Recuperacin, recristalizacin y crecimiento de grano 58 1.7 Trabajado en fro, a temperatura media y en caliente 60 Resumen 61 Trminos clave 61 Bibliografa 62 Preguntas de repaso 62 Problemas cualitativos 62 Problemas cuantitativos 63 Sntesis, diseo y proyectos 63 2 Comportamiento mecnico, ensayos y propiedades de manufactura de los materiales 64 2.1 Introduccin 64 2.2 Tensin 65 2.3 Compresin 76 vii

11. http://www.ingeelectronico.blogspot.com 2.4 Torsin 78 2.5 Flexin 78 2.6 Dureza 79 2.7 Fatiga 83 2.8 Termofluencia 86 2.9 Impacto 87 2.10 Falla y fractura de los materiales en la manufactura y servicio 87 2.11 Esfuerzos residuales 94 2.12 Trabajo, calor y temperatura 96 Resumen 97 Trminos clave 98 Bibliografa 98 Preguntas de repaso 98 Problemas cualitativos 99 Problemas cuantitativos 99 Sntesis, diseo y proyectos 101 3 Propiedades fsicas de los materiales 102 3.1 Introduccin 102 3.2 Densidad 103 3.3 Punto de fusin 106 3.4 Calor especfico 106 3.5 Conductividad trmica 107 3.6 Dilatacin trmica 107 3.7 Propiedades elctricas, magnticas y pticas 108 3.8 Resistencia a la corrosin 109 Resumen 111 Trminos clave 111 Bibliografa 112 Preguntas de repaso 112 Problemas cualitativos 112 Problemas cuantitativos 112 Sntesis, diseo y proyectos 113 4 Aleaciones metlicas: estructura y reforzamiento mediante tratamiento trmico 114 4.1 Introduccin 114 4.2 Estructura de las aleaciones 115 4.3 Diagramas de fase 118 4.4 El sistema hierro-carbono 121 4.5 Diagrama de fases hierro-carburo de hierro y el desarrollo de microestructuras en los aceros 123 4.6 Hierros fundidos 125 4.7 Tratamiento trmico de las aleaciones ferrosas 127 4.8 Templabilidad de las aleaciones ferrosas 132 4.9 Tratamiento trmico de las aleaciones no ferrosas y los aceros inoxidables 134 4.10 Endurecimiento superficial 136 4.11 Recocido 137 4.12 Hornos y equipo para tratamiento trmico 142 4.13 Consideraciones de diseo para el tratamiento trmico 144 Resumen 145 Trminos clave 145 Bibliografa 146 Preguntas de repaso 146 Problemas cualitativos 146 Problemas cuantitativos 147 Sntesis, diseo y proyectos 147 viii Contenido

12. http://www.ingeelectronico.blogspot.com 5 Metales y aleaciones ferrosas: produccin, propiedades generales y aplicaciones 149 5.1 Introduccin 149 5.2 Produccin de hierro y acero 150 5.3 Fundicin de lingotes 153 5.4 Colada continua 154 5.5 Aceros al carbono y aleados 156 5.6 Aceros inoxidables 161 5.7 Aceros para matrices y herramentales 163 Resumen 165 Trminos clave 166 Bibliografa 166 Preguntas de repaso 166 Problemas cualitativos 167 Problemas cuantitativos 167 Sntesis, diseo y proyectos 168 6 Metales y aleaciones no ferrosas: produccin, propiedades generales y aplicaciones 169 6.1 Introduccin 169 6.2 Aluminio y sus aleaciones 170 6.3 Magnesio y sus aleaciones 174 6.4 Cobre y sus aleaciones 176 6.5 Nquel y sus aleaciones 178 6.6 Superaleaciones 179 6.7 Titanio y sus aleaciones 180 6.8 Metales y aleaciones refractarias 181 6.9 Berilio 183 6.10 Zirconio 183 6.11 Aleaciones de baja fusin 183 6.12 Metales preciosos 185 6.13 Aleaciones con memoria de forma 185 6.14 Aleaciones amorfas (vidrios metlicos) 186 6.15 Espumas metlicas 186 6.16 Nanomateriales 186 Resumen 187 Trminos clave 188 Bibliografa 188 Preguntas de repaso 188 Problemas cualitativos 189 Problemas cuantitativos 189 Sntesis, diseo y proyectos 190 7 Polmeros: estructura, propiedades generales y aplicaciones 191 7.1 Introduccin 191 7.2 Estructura de los polmeros 193 7.3 Termoplsticos 202 7.4 Plsticos termofijos 206 7.5 Aditivos en plsticos 207 7.6 Propiedades generales y aplicaciones de los termoplsticos 208 Contenido ix

13. http://www.ingeelectronico.blogspot.com 7.7 Propiedades generales y aplicaciones de los plsticos termofijos 211 7.8 Plsticos biodegradables 212 7.9 Elastmeros (hules) 214 Resumen 215 Trminos clave 216 Bibliografa 216 Preguntas de repaso 217 Problemas cualitativos 217 Problemas cuantitativos 218 Sntesis, diseo y proyectos 218 8 Cermicos, grafito y diamante: estructura, propiedades generales y aplicaciones 219 8.1 Introduccin 219 8.2 Estructura de los cermicos 220 8.3 Propiedades generales y aplicaciones de los cermicos 224 8.4 Vidrios 229 8.5 Cermicos vidriados 231 8.6 Grafito 232 8.7 Diamante 233 Resumen 234 Trminos clave 235 Bibliografa 235 Preguntas de repaso 235 Problemas cualitativos 236 Problemas cuantitativos 236 Sntesis, diseo y proyectos 237 9 Materiales compsitos: estructura, propiedades generales y aplicaciones 238 9.1 Introduccin 238 9.2 Estructura de los plsticos reforzados 239 9.3 Propiedades de los plsticos reforzados 244 9.4 Aplicaciones de los plsticos reforzados 248 9.5 Compsitos de matriz metlica 251 9.6 Compsitos de matriz cermica 253 9.7 Otros compsitos 254 Resumen 254 Trminos clave 255 Bibliografa 255 Preguntas de repaso 255 Problemas cualitativos 256 Problemas cuantitativos 257 Sntesis, diseo y proyectos 257 Parte II: Procesos y equipo para la fundicin de metales 259 10 Fundamentos de la fundicin de metales 261 10.1 Introduccin 261 10.2 Solidificacin de los metales 262 10.3 Flujo del fluido 267 10.4 Fluidez del metal fundido 270 x Contenido

14. http://www.ingeelectronico.blogspot.com 10.5 Transferencia de calor 272 10.6 Defectos 275 Resumen 281 Trminos clave 281 Bibliografa 282 Preguntas de repaso 282 Problemas cualitativos 282 Problemas cuantitativos 283 Sntesis, diseo y proyectos 284 11 Procesos de fundicin de metales 285 11.1 Introduccin 285 11.2 Procesos de fundicin de molde desechable 287 11.3 Procesos de fundicin en molde permanente 303 11.4 Tcnicas de fundicin para componentes monocristalinos 312 11.5 Solidificacin rpida 314 11.6 Inspeccin de las fundiciones 314 11.7 Prcticas y hornos para fusin 315 11.8 Talleres de fundicin y su automatizacin 316 Resumen 317 Trminos clave 318 Bibliografa 318 Preguntas de repaso 319 Problemas cualitativos 319 Problemas cuantitativos 320 Sntesis, diseo y proyectos 321 12 Fundicin de metales: diseo, materiales y economa 323 12.1 Introduccin 323 12.2 Consideraciones de diseo en la fundicin 323 12.3 Aleaciones para fundicin 332 12.4 Economa de la fundicin 337 Resumen 339 Trminos clave 339 Bibliografa 339 Preguntas de repaso 340 Problemas cualitativos 340 Problemas cuantitativos 341 Sntesis, diseo y proyectos 341 Parte III: Procesos y equipo de formado y moldeado 344 13 Laminacin de metales 347 13.1 Introduccin 347 13.2 Proceso de laminacin plana 349 13.3 Prctica de laminacin plana 354 13.4 Molinos de laminacin 358 13.5 Diversos procesos y molinos de laminacin 360 Resumen 368 Trminos clave 368 Bibliografa 369 Preguntas de repaso 369 Problemas cualitativos 369 Problemas cuantitativos 370 Sntesis, diseo y proyectos 370 Contenido xi

15. http://www.ingeelectronico.blogspot.com 14 Forjado de metales 371 14.1 Introduccin 371 14.2 Forjado de matriz abierta 373 14.3 Forjado por matriz de impresin y de matriz cerrada 376 14.4 Diversas operaciones de forjado 380 14.5 Forjabilidad de los metales. Defectos del forjado 384 14.6 Diseo de matrices, materiales para matrices y lubricacin 387 14.7 Mtodos de manufactura de matrices. Fallas en las matrices 388 14.8 Mquinas para forjado 390 14.9 Economa del forjado 392 Resumen 396 Trminos clave 396 Bibliografa 396 Preguntas de repaso 397 Problemas cualitativos 397 Problemas cuantitativos 398 Sntesis, diseo y proyectos 398 15 Extrusin y estirado (trefilado) de metales 400 15.1 Introduccin 400 15.2 El proceso de extrusin 402 15.3 Extrusin en caliente 405 15.4 Extrusin en fro 409 15.5 Defectos de la extrusin 413 15.6 Equipo para extrusin 414 15.7 El proceso de estirado (trefilado) 415 15.8 Prctica de estirado 416 15.9 Defectos del estirado y esfuerzos residuales 419 15.10 Equipo para estirado 419 Resumen 420 Trminos clave 421 Bibliografa 421 Preguntas de repaso 421 Problemas cualitativos 422 Problemas cuantitativos 422 Sntesis, diseo y proyectos 423 16 Proceso de formado de hojas metlicas 424 16.1 Introduccin 424 16.2 Cizallado 425 16.3 Caractersticas y formabilidad de las hojas metlicas 435 16.4 Pruebas de formabilidad para hojas metlicas 437 16.5 Doblado de hojas, placas y tubos 440 16.6 Operaciones diversas de doblado y otras relacionadas 445 16.7 Embutido profundo 451 16.8 Formado con hule 460 16.9 Rechazado 461 xii Contenido

16. http://www.ingeelectronico.blogspot.com 16.10 Formado superplstico 463 16.11 Procesos especializados de formado 465 16.12 Manufactura de estructuras metlicas tipo panal 470 16.13 Consideraciones de diseo en el formado de hojas metlicas 471 16.14 Prensas de formado de hojas metlicas 474 16.15 Economa de las operaciones de formado de hojas metlicas 476 Resumen 477 Trminos clave 478 Bibliografa 478 Preguntas de repaso 479 Problemas cualitativos 479 Problemas cuantitativos 480 Sntesis, diseo y proyectos 481 17 Procesamiento de los polvos metlicos 483 17.1 Introduccin 483 17.2 Produccin de polvos metlicos 484 17.3 Compactacin de los polvos metlicos 490 17.4 Sinterizado 499 17.5 Operaciones secundarias y de acabado 503 17.6 Consideraciones de diseo 505 17.7 Capacidades del proceso 508 17.8 Economa de la metalurgia de polvos 508 Resumen 509 Trminos clave 510 Bibliografa 510 Preguntas de repaso 510 Problemas cualitativos 511 Problemas cuantitativos 511 Sntesis, diseo y proyectos 512 18 Procesamiento de cermicos, vidrio y superconductores 513 18.1 Introduccin 513 18.2 Moldeado de cermicos 514 18.3 Formado y moldeado de vidrio 521 18.4 Tcnicas para reforzamiento y recocido del vidrio 525 18.5 Consideraciones de diseo para cermicos y vidrios 528 18.6 Procesamiento de superconductores 529 Resumen 530 Trminos clave 531 Bibliografa 531 Preguntas de repaso 532 Problemas cualitativos 532 Problemas cuantitativos 533 Sntesis, diseo y proyectos 533 19 Formado y moldeo de plsticos y materiales compsitos 534 19.1 Introduccin 534 19.2 Extrusin 536 19.3 Moldeo por inyeccin 544 Contenido xiii

17. http://www.ingeelectronico.blogspot.com 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 matriz cermica 570 19.15 Consideraciones de diseo 572 19.16 Economa del procesamiento de plsticos y materiales compsitos 574 Resumen 575 Trminos clave 575 Bibliografa 576 Preguntas de repaso 577 Problemas cualitativos 577 Problemas cuantitativos 578 Sntesis, diseo y proyectos 578 20 Operaciones de produccin de prototipos rpidos 580 20.1 Introduccin 580 20.2 Procesos sustractivos 582 20.3 Procesos aditivos 583 20.4 Produccin de prototipos virtuales 594 20.5 Manufactura directa y fabricacin rpida de herramentales 594 Resumen 599 Trminos clave 600 Bibliografa 600 Preguntas de repaso 600 Problemas cualitativos 601 Problemas cuantitativos 601 Sntesis, diseo y proyectos 601 Parte IV: Procesos de maquinado y mquinas herramienta 603 21 Fundamentos del maquinado 607 21.1 Introduccin 607 21.2 Mecnica del corte 609 21.3 Fuerzas y potencia de corte 620 21.4 Temperaturas en el corte 623 21.5 Vida til de la herramienta: desgaste y falla 626 21.6 Acabado superficial e integridad 635 21.7 Maquinabilidad 638 Resumen 642 Trminos clave 642 Bibliografa 643 Preguntas de repaso 643 Problemas cualitativos 644 Problemas cuantitativos 644 Sntesis, diseo y proyectos 645 xiv Contenido

18. http://www.ingeelectronico.blogspot.com 22 Materiales para herramientas de corte y fluidos de corte 647 22.1 Introduccin 647 22.2 Aceros de alta velocidad 652 22.3 Aleaciones de cobalto fundido 653 22.4 Carburos 653 22.5 Herramientas recubiertas 656 22.6 Cermicos base almina 661 22.7 Nitruro de boro cbico 662 22.8 Cermicos base nitruro de silicio 663 22.9 Diamante 663 22.10 Materiales para herramientas reforzados con triquitas 664 22.11 Costos y reacondicionamiento de las herramientas 664 22.12 Fluidos de corte 665 Resumen 670 Trminos clave 670 Bibliografa 671 Preguntas de repaso 671 Problemas cualitativos 671 Problemas cuantitativos 672 Sntesis, diseo y proyectos 673 23 Procesos de maquinado utilizados para producir formas redondas: torneado y produccin de orificios 674 23.1 Introduccin 674 23.2 Proceso de torneado 676 23.3 Tornos y operaciones en el torno 686 23.4 Mandrinado y mquinas para mandrinar 703 23.5 Taladrado, brocas y taladros 704 23.6 Rimado y rimas 714 23.7 Machueleado y machuelos 716 Resumen 718 Trminos clave 719 Bibliografa 719 Preguntas de repaso 720 Problemas cualitativos 720 Problemas cuantitativos 721 Sntesis, diseo y proyectos 721 24 Procesos de maquinado utilizados para producir diferentes formas: fresado, brochado, aserrado y limado; manufactura de engranes 723 24.1 Introduccin 723 24.2 Fresado y fresadoras 724 24.3 Cepillado 741 24.4 Brochado y brochadoras 742 24.5 Aserrado 745 Contenido xv

19. http://www.ingeelectronico.blogspot.com 24.6 Limado 748 24.7 Manufactura de engranes mediante maquinado 749 Resumen 756 Trminos clave 756 Bibliografa 756 Preguntas de repaso 757 Problemas cualitativos 757 Problemas cuantitativos 758 Sntesis, diseo y proyectos 758 25 Centros de maquinado, conceptos y estructuras de maquinado avanzado y economa del maquinado 760 25.1 Introduccin 760 25.2 Centros de maquinado 761 25.3 Estructuras de las mquinas herramienta 770 25.4 Vibracin y traqueteo en las operaciones de maquinado 775 25.5 Maquinado de alta velocidad 778 25.6 Maquinado duro 781 25.7 Maquinado de ultraprecisin 782 25.8 Economa del maquinado 783 Resumen 786 Trminos clave 787 Bibliografa 787 Preguntas de repaso 787 Problemas cualitativos 788 Problemas cuantitativos 788 Sntesis, diseo y proyectos 789 26 Operaciones de maquinado abrasivo y de acabado 790 26.1 Introduccin 790 26.2 Abrasivos y abrasivos aglutinados 792 26.3 Proceso de rectificado 798 26.4 Operaciones de rectificado y rectificadoras 808 26.5 Consideraciones de diseo para el rectificado 818 26.6 Maquinado ultrasnico 818 26.7 Operaciones de acabado 820 26.8 Operaciones de rebabeo 825 26.9 Economa de las operaciones de maquinado abrasivo y de acabado 828 Resumen 829 Trminos clave 830 Bibliografa 830 Preguntas de repaso 831 Problemas cualitativos 831 Problemas cuantitativos 832 Sntesis, diseo y proyectos 833 27 Procesos de maquinado avanzado 835 27.1 Introduccin 835 27.2 Maquinado qumico 836 27.3 Maquinado electroqumico 841 27.4 Rectificacin electroqumica 845 27.5 Maquinado por descarga elctrica (electroerosinado) 846 xvi Contenido

20. http://www.ingeelectronico.blogspot.com 27.6 Maquinado por rayo lser 851 27.7 Maquinado por haz de electrones 854 27.8 Maquinado por chorro de agua 855 27.9 Maquinado por chorro abrasivo 858 27.10 Economa de los procesos de maquinado avanzado 858 Resumen 861 Trminos clave 861 Bibliografa 862 Preguntas de repaso 862 Problemas cualitativos 862 Problemas cuantitativos 863 Sntesis, diseo y proyectos 863 Parte V: Fabricacin de dispositivos microelectrnicos y micromanufactura 865 28 Fabricacin de dispositivos microelectrnicos 868 28.1 Introduccin 868 28.2 Cuartos limpios 871 28.3 Silicio y semiconductores 872 28.4 Crecimiento de cristales y preparacin de obleas 874 28.5 Deposicin de pelcula 875 28.6 Oxidacin 877 28.7 Litografa 878 28.8 Ataque (grabado) 885 28.9 Difusin e implantacin de iones 893 28.10 Metalizacin y prueba 895 28.11 Unin de cables y empaque 897 28.12 Rendimiento y confiabilidad 900 28.13 Tarjetas de circuitos impresos 901 Resumen 903 Trminos clave 903 Bibliografa 904 Preguntas de repaso 905 Problemas cualitativos 905 Problemas cuantitativos 906 Sntesis, diseo y proyectos 907 29 Fabricacin de dispositivos y sistemas microelectromecnicos (MEMS) 29.1 Introduccin 908 29.2 Micromaquinado de los dispositivos MEMS 909 29.3 Proceso de microfabricacin LIGA 920 29.4 Fabricacin sin materia slida de dispositivos 927 Resumen 932 Trminos clave 933 Bibliografa 933 Preguntas de repaso 934 Problemas cualitativos 934 Problemas cuantitativos 935 Sntesis, diseo y proyectos 935 Contenido xvii

21. http://www.ingeelectronico.blogspot.com Parte VI: Procesos y equipo para unin 936 30 Procesos de soldadura por fusin 940 30.1 Introduccin 940 30.2 Soldadura con oxgeno y combustible gaseosos 941 30.3 Procesos de soldadura por arco: electrodo no consumible 944 30.4 Procesos de soldadura por arco: electrodo consumible 948 30.5 Electrodos para soldadura por arco 954 30.6 Soldadura por haz de electrones 956 30.7 Soldadura por rayo lser 956 30.8 Corte 958 30.9 Unin soldada, calidad y pruebas 960 30.10 Diseo de la unin y seleccin del proceso 971 Resumen 975 Trminos clave 975 Bibliografa 976 Preguntas de repaso 976 Problemas cualitativos 977 Problemas cuantitativos 978 Sntesis, diseo y proyectos 978 31 Procesos de soldadura de estado slido 980 31.1 Introduccin 980 31.2 Soldadura en fro y unin por laminacin 981 31.3 Soldadura ultrasnica 982 31.4 Soldadura por friccin 983 31.5 Soldadura por resistencia 986 31.6 Soldadura por explosin 995 31.7 Unin por difusin 996 31.8 Economa de las operaciones de soldadura 998 Resumen 999 Trminos clave 1000 Bibliografa 1000 Preguntas de repaso 1000 Problemas cualitativos 1001 Problemas cuantitativos 1001 Sntesis, diseo y proyectos 1002 32 Procesos de soldadura fuerte, blanda, unin con adhesivos y sujecin mecnica 1003 32.1 Introduccin 1003 32.2 Soldadura fuerte 1004 32.3 Soldadura blanda 1009 32.4 Unin con adhesivos 1014 32.5 Sujecin mecnica 1023 32.6 Unin de plsticos, cermicos y vidrios 1027 32.7 Economa de las operaciones de unin 1030 Resumen 1031 Trminos clave 1031 Bibliografa 1031 Preguntas de repaso 1032 Problemas cualitativos 1032 Problemas cuantitativos 1033 Sntesis, diseo y proyectos 1033 xviii Contenido

22. http://www.ingeelectronico.blogspot.com Parte VII: Tecnologa de superficies 1034 33 Rugosidad y medicin superficial; friccin, desgaste y lubricacin 1036 33.1 Introduccin 1036 33.2 Estructura e integridad superficial 1037 33.3 Textura y rugosidad superficial 1038 33.4 Friccin 1043 33.5 Desgaste 1046 33.6 Lubricacin 1050 33.7 Fluidos para el trabajo de los metales y su seleccin 1052 Resumen 1055 Trminos clave 1056 Bibliografa 1057 Preguntas de repaso 1057 Problemas cualitativos 1057 Problemas cuantitativos 1058 Sntesis, diseo y proyectos 1058 34 Tratamientos, recubrimientos y limpieza de las superficies 1059 34.1 Introduccin 1059 34.2 Tratamientos superficiales mecnicos 1060 34.3 Deposicin y revestimiento mecnico 1062 34.4 Endurecimiento superficial y recubrimiento duro 1062 34.5 Rociado trmico 1063 34.6 Deposicin de vapor 1065 34.7 Implantacin de iones y recubrimiento por difusin 1068 34.8 Tratamientos lser 1068 34.9 Electrodeposicin, deposicin sin electricidad y electroformado 1069 34.10 Recubrimientos de conversin 1073 34.11 Inmersin en caliente 1074 34.12 Esmaltado de porcelana; recubrimientos cermicos y orgnicos 1075 34.13 Recubrimiento de diamante y carbono similar al diamante 1076 34.14 Texturizado superficial 1077 34.15 Pintura 1077 34.16 Limpieza de superficies 1078 Resumen 1080 Trminos clave 1080 Bibliografa 1080 Preguntas de repaso 1081 Problemas cualitativos 1081 Problemas cuantitativos 1082 Sntesis, diseo y proyectos 1082 Parte VIII: Aspectos comunes de la manufactura 1084 35 Metrologa e instrumentacin en ingeniera 1085 35.1 Introduccin 1085 35.2 Patrones de medicin 1086 35.3 Caractersticas geomtricas de las partes, mediciones analgicas y digitales 1087 Contenido xix

23. http://www.ingeelectronico.blogspot.com 35.4 Mtodos e instrumentos tradicionales de medicin 1089 35.5 Instrumentos y mquinas modernas de medicin 1096 35.6 Medicin automatizada 1100 35.7 Caractersticas generales y seleccin de instrumentos de medicin 1101 35.8 Dimensionamiento y tolerancias geomtricas 1101 Resumen 1107 Trminos clave 1107 Bibliografa 1108 Preguntas de repaso 1108 Problemas cualitativos 1108 Problemas cuantitativos 1109 Sntesis, diseo y proyectos 1109 36 Aseguramiento de la calidad, prueba e inspeccin 1110 36.1 Introduccin 1110 36.2 Calidad del producto 1111 36.3 Aseguramiento de la calidad 1112 36.4 Administracin de la calidad total 1113 36.5 Mtodos Taguchi 1114 36.6 Las normas ISO y QS 1119 36.7 Mtodos estadsticos de control de calidad 1121 36.8 Control estadstico de proceso 1124 36.9 Confiabilidad de productos y procesos 1131 36.10 Ensayos no destructivos 1132 36.11 Ensayos destructivos 1136 36.12 Inspeccin automatizada 1137 Resumen 1137 Trminos clave 1138 Bibliografa 1138 Preguntas de repaso 1139 Problemas cualitativos 1140 Problemas cuantitativos 1140 Sntesis, diseo y proyectos 1141 Parte IX: Manufactura en un ambiente competitivo 1142 37 Automatizacin de los procesos de manufactura 1144 37.1 Introduccin 1144 37.2 Automatizacin 1146 37.3 Control numrico 1153 37.4 Control adaptable 1161 37.5 Manejo y movimiento de materiales 1163 37.6 Robots industriales 1165 37.7 Tecnologa de sensores 1171 37.8 Soportes flexibles 1176 37.9 Sistemas de ensamble 1180 xx Contenido

24. http://www.ingeelectronico.blogspot.com 37.10 Consideraciones de diseo para soportes fijos, ensamble, desensamble y servicio 1183 37.11 Consideraciones econmicas 1186 Resumen 1187 Trminos clave 1187 Bibliografa 1188 Preguntas de repaso 1189 Problemas cualitativos 1189 Sntesis, diseo y proyectos 1189 38 Manufactura asistida por computadora 1191 38.1 Introduccin 1191 38.2 Sistemas de manufactura 1191 38.3 Manufactura integrada por computadora 1192 38.4 Diseo e ingeniera asistidos por computadora 1195 38.5 Manufactura asistida por computadora 1203 38.6 Planeacin de procesos asistidos por computadora 1204 38.7 Simulacin por computadora de procesos y sistemas de manufactura 1206 38.8 Tecnologa de grupos 1208 Resumen 1215 Trminos clave 1215 Bibliografa 1216 Preguntas de repaso 1216 Problemas cualitativos 1216 Sntesis, diseo y proyectos 1217 39 Sistemas de manufactura integrados por computadora 1218 39.1 Introduccin 1218 39.2 Manufactura celular 1219 39.3 Sistemas flexibles de manufactura 1221 39.4 Manufactura holnica 1224 39.5 Produccin justo a tiempo 1225 39.6 Manufactura esbelta 1227 39.7 Redes de comunicaciones en manufactura 1228 39.8 Inteligencia artificial 1230 39.9 Consideraciones econmicas 1233 Resumen 1234 Trminos clave 1234 Bibliografa 1235 Preguntas de repaso 1236 Problemas cualitativos 1236 Sntesis, diseo y proyectos 1236 40 Diseo de productos y seleccin de procesos en un ambiente competitivo 1238 40.1 Introduccin 1238 40.2 Diseo del producto 1239 40.3 Calidad del producto y expectativa de vida 1242 Contenido xxi

25. http://www.ingeelectronico.blogspot.com 40.4 Evaluacin e ingeniera del ciclo de vida: manufactura sustentable 1244 40.5 Seleccin de materiales para productos 1246 40.6 Sustitucin de materiales 1250 40.7 Capacidades de procesos de manufactura 1253 40.8 Seleccin de procesos 1257 40.9 Costos de manufactura y reduccin de costos 1261 Resumen 1269 Trminos clave 1269 Bibliografa 1269 Preguntas de repaso 1271 Problemas cualitativos 1271 Sntesis, diseo y proyectos 1272 ndice 1278 Estudio de casos 11.1: Fundicin a la espuma perdida de monobloques para motores 299 13.1: Manufactura de segmentos de cubierta de un motor cohete slido para un transbordador espacial 366 14.1: Manufactura de un perno escalonado mediante cabeceado y penetrado 382 14.2: Componentes de la suspensin del automvil Lotus Elise 394 16.1: Manufactura de platillos musicales 468 18.1: Produccin de cintas superconductoras de alta temperatura 529 19.1: Prtesis de cadera EPOCH 547 20.1: Alineadores ortodncicos Invisalign 595 23.1: Retenedor de tornillo para huesos 717 25.1: Maquinado en seco de alta velocidad de motores de hierro fundido 779 27.1: Maquinado electroqumico de un implante biomdico 843 27.2: Manufactura de stents 858 29.1: Acelermetro para bolsas de aire automotrices 928 32.1: Curado mediante luz de adhesivos acrlicos para productos mdicos 1020 36.1: Manufactura de televisores por Sony Corporation 1118 36.2: Control dimensional de partes de plstico en los automviles Saturn 1129 37.1: Desarrollo de un soporte fijo modular 1178 38.1: Desarrollo de modelos CAD para componentes automovilsticos 1199 40.1: Ingeniera concurrente para contenedores de solucin intravenosa 1267 xxii Contenido

26. http://www.ingeelectronico.blogspot.com PREFACIO La ciencia, ingeniera y tecnologa de los procesos y sistemas de manufactura continan avanzando con rapidez a escala global y con un efecto importante en las economas de todas las naciones. Al preparar esta quinta edicin, nuestra meta ha sido presentar un libro de texto completo y avanzado sobre ingeniera y tecnologa de manufactura, con objetivos adicionales para motivar y retar a los alumnos a que estudien esta importante disciplina. Al igual que en las cuatro ediciones anteriores, el texto presenta temas con una cobertura equilibrada de fundamentos relevantes y prcticas reales para ayudar a los estudiantes a desarrollar y comprender las relaciones, con frecuencia complejas, entre los muchos 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) la influencia de los materiales y los parmetros de procesamiento en la comprensin de los procesos y las operaciones individuales; b) las consideraciones de diseo, calidad del producto y costos de manufactura; y c) el contexto competitivo global de cada proceso y operacin de manufactura, resaltado con numerosos ejemplos ilustrativos y monografas. Lo nuevo en esta edicin Una comparacin detallada con la cuarta edicin mostrar que se han realizado literalmente miles 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 breve descripcin de los objetivos del captulo, los temas por tratar y su relevancia. En donde 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 impacto grfico y la claridad, y se agreg una gran cantidad de fotografas nuevas. Incluye dos captulos relativos a los temas de dispositivos microelectrnicos y microelectromecnicos y sistemas de manufactura, incluyendo el MEMS. Ahora existen alrededor de 120 ejemplos y diversos estudios de caso, todos ellos resaltados. Se actualizaron las preguntas y los problemas de cada captulo, de los cuales aproximadamente 20% son nuevos en esta edicin. Asimismo, la ltima seccin de preguntas 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 informacin presentada. xxiii

27. http://www.ingeelectronico.blogspot.com Se trat de proporcionar analogas, discusiones y problemas diseados para es- timular el estudio y la curiosidad del alumno acerca de los productos industriales y de 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 numerosas tablas, ilustraciones, grficas y bibliografas. Se incluyeron varios ejemplos y nuevos estudios de caso para resaltar conceptos y tcnicas importantes en la manufactura. Numerosas tablas comparan las ventajas, as como las limitaciones, de procesos competitivos importantes de manufactura. Se incluyen un resumen y una lista de trminos clave de cada captulo para ayudar y recordar a los estudiantes los temas cubiertos en cada uno de ellos. A quin va dirigido Al igual que en las ediciones anteriores, esta quinta edicin se escribi para estudiantes de 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 alumnos puedan 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 relacin con cualquier sugerencia acerca de la gran cantidad de temas presentados, o sobre cualquier error que pudiera haber escapado a nuestra atencin durante la preparacin de este 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 al representante de Pearson en su localidad o seguir el procedimiento de registro indicado en la pgina Web. CourseCompass 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 Cour- seCompass, que incluye lecturas en PowerPoint, recursos para el profesor, manual de soluciones, proyectos para tareas y Test Gen (generador de exmenes). Agradecimientos Este libro, junto con sus ediciones anteriores, representa un total de aproximadamente 20 aos de esfuerzo. No podra haber sido escrito y producido sin la ayuda de numerosos colegas y estudiantes anteriores. Nos da mucho gusto agradecer la ayuda de las siguientes personas en la preparacin y publicacin de esta quinta edicin: K. E. McKee, del Illinois Institute of Technology; K. J. Weinmann, de la Michigan Technological University; P. J. Guichelaar, de la Western Michigan University; Z. Liang, de Indiana University y Purdue University, Fort Wayne, y R. Abella, de la Universidad de Toledo. Tambin reconocemos a Kent M. Kalpakjian como el autor original del captulo sobre fabricacin de dispositivos microelectrnicos. Deseamos agradecer a nuestros editores, Dorothy Marrero y Eric Svendsen, de Prentice 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 Xiaohong Zhu, por la elaboracin de todas las ilustraciones nuevas. Nos complace presentar la siguiente lista con todas las personas que de una manera u otra, realizaron diversas contribuciones a esta y a las ediciones anteriores del libro: xxiv Prefacio

28. http://www.ingeelectronico.blogspot.com B. J. Aaronson S. Arellano R. A. Arlt V. Aronov A. Bagchi E. D. Baker J. Barak J. Ben-Ari G. F. Benedict S. Bhattacharyya J. T. Black C. Blathras G. Boothroyd D. Bourell B. Bozak N. N. Breyer C. A. Brown R. G. Bruce J. Cesarone T.-C. Chang R. L. Cheaney A. Cheda S. Chelikani S.-W. Choi A. Cinar R. O. Colantonio P. Cotnoir P. Courtney P. Demers D. Descoteaux M. F. DeVries R. C. Dix M. Dollar D. A. Dornfeld H. I. Douglas M. Dugger D. R. Durham D. Duvall S. A. Dynan J. El Gomayel M. G. Elliott E. C. Feldy J. Field G. W. Fischer D. A. Fowley R. L. French B. R. Fruchter D. Furrer R. Giese E. Goode K. Graham P. Grigg B. Harriger D. Harry M. Hawkins R. J. Hocken E. M. Honig, Jr. S. Imam R. Jaeger C. Johnson K. Jones D. Kalisz J. Kamman S. G. Kapoor R. Kassing R. L. Kegg W. J. Kennedy B. D. King J. E. Kopf R. J. Koronkowski J. Kotowski S. Krishnamachari K. M. Kulkarni T. Lach L. Langseth M. Levine B. S. Levy X. Z. Li B. W. Lilly D. A. Lucca L. Mapa A. Marsan R. J. Mattice C. Maziar T. McClelland L. McGuire K. E. McKee K. P. Meade R. Miller T. S. Milo S. Mostovoy C. Nair P. G. Nash J. Nazemetz E. M. Odom S. J. Parelukar J. Penaluna C. Petronis M. Philpott J. M. Prince W. J. Riffe R. J. Rogalla A. A. Runyan G. S. Saletta M. Salimian M. Savic W. J. Schoech S. A. Schwartz M. T. Siniawski J. E. Smallwood J. P. Sobczak L. Soisson J. Stocker L. Strom A. B. Strong K. Subramanian T. Sweeney W. G. Switalski T. Taglialavore M. Tarabishy K. S. Taraman R. Taylor B. S. Thakkar A. Trager C. Tszang S. Vaze J. Vigneau G. A. Volk G. Wallace K. J. Weinmann R. Wertheim K. West J. Widmoyer K. Williams G. Williamson B. Wiltjer J. Wingfield P. K. Wright Prefacio xxv Agradecemos a las diversas organizaciones que nos proporcionaron muchas ilustraciones y estudios de casos. Estas contribuciones se destacan especficamente a lo largo del texto. Finalmente, agradecemos mucho a Margaret Jean Kalpakjian por su ayuda durante la edicin de este libro. SEROPE KALPAKJIAN STEVEN R. SCHMID

30. http://www.ingeelectronico.blogspot.com Semblanza de los autores Serope Kalpakjian es profesor emrito de ingeniera mecnica y de materiales en el Illinois Institute 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 Processes for Engineering Materials (1984) y Manufacturing Engineering and Technology (1989) recibieron el M. Eugene Merchant Manufacturing Textbook Award. Es autor de numerosos 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 y forma 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 Award del IIT (1970), un Centennial Medallion de ASME (1980), el International Education Award de SME (1989), un Person of the Millenium Award del IIT (1999), y el Albert Easton 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 asociado vitalicio de ASME, asociado y miembro vitalicio de ASM International, miembro de pleno derecho emrito de CIRP (International Institution for Production Engineering Research), y es miembro fundador y ex presidente de NAMRI/SME. Se gradu con honores 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 investigaciones en las reas generales de manufactura, diseo de mquinas y tribologa. Recibi (con honores) el grado de licenciatura en Ingeniera Mecnica en el Illinois Institute of Technology y los grados de maestra y doctorado, ambos en Ingeniera Mecnica, en la Northwestern University. Ha recibido numerosos premios, incluyendo el John T. Parsons Award 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 y 2003), y el Ruth and Joel Spira Award for Excellence in Teaching (2005). Tambin recibi un National Science Foundation CAREERS Award (1996) y el ACOA Foundation Award (1994). El doctor Schmid es autor de ms de 80 ensayos tcnicos, ha sido coautor de los textos Fundamentals of Machine Elements, Fundamentals of Fluid Film Lubrication, y Manufacturing Processes for Engineering Materials, y contribuy con dos captulos en el CRC Handbook of Modern Tribology. Actualmente presta sus servicios en el Tribology Division Executive Committe de la American Society of Mechanical Engineers, es editor asociado del Journal of Manufacturing Science and Engineering, y es ingeniero profesio- nista e ingeniero certificado en manufactura. xxvii

32. http://www.ingeelectronico.blogspot.com 1 Introduccin general I.1 Qu es la manufactura? Antes de empezar a leer esta introduccin, tmese unos minutos para revisar varios objetos 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 estos objetos y sus componentes individuales tienen diferentes formas; no los encontrara en la naturaleza tal como estn en su cuarto. Se han transformado en diferentes formas a partir de materias primas y ensamblado como los productos que ahora ve. Notar fcilmente que algunos objetos estn hechos de una sola pieza, como los clavos, tornillos, tenedores, ganchos de plstico para ropa o llantas de bicicleta. Sin embargo, la mayora de los objetos, como los motores de automviles mostrados en la figura I.1 (inventados en 1876), las lavadoras de ropa (1910), los tostadores (1926), los aparatos de aire acondicionado (1928), los refrigeradores (1931), los bolgrafos (1938), las fotocopiadoras (1949) y miles de otros productos, se construyen mediante el ensamblado de varias partes (tabla I.1) y componentes fabricados a partir de numerosos materiales. Todos los productos mencionados se fabrican por medio de diversos procesos denominados manufactura. Manufactura, en un sentido completo, es el proceso de convertir materias primas en productos. Tambin comprende las actividades en que el propio producto fabricado se utiliza para elaborar otros productos. Los ejemplos podran incluir a las grandes prensas 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 salud econmica; por lo general, cuanto mayor es la actividad manufacturera de un pas, mayor ser el estndar de vida de su gente. I.1 Qu es la manufactura? 1 I.2 El proceso de diseo del producto y la ingeniera concurrente 11 I.3 Diseo para manufactura, ensamble, desensamble y servicio 14 I.4 Seleccin de materiales 16 I.5 Seleccin de procesos de manufactura 19 I.6 Diseo y manufactura consciente del medio ambiente 32 I.7 Manufactura integrada por computadora 33 I.8 Produccin esbelta y manufactura gil 37 I.9 Aseguramiento de la calidad y administracin de la calidad total 38 I.10 Competitividad global y costos de manufactura 39 I.11 Tendencias generales en la manufactura 41 EJEMPLOS: I.1 Sujetadores para papel 8 I.2 Bombillas 9 I.3 Seleccin de materiales para monedas de Estados Unidos 18 I.4 Seleccin de materiales para bates de bisbol 18 I.5 Manufactura de una prtesis de cadera 26 I.6 Manufactura de un salero y molino de pimienta 32 I.7 Aplicacin de CAD/CAM para fabricar un molde de anteojos para 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 y procesos. 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.

33. http://www.ingeelectronico.blogspot.com 2 Introduccin general FIGURA I.1 Ilustracin de un motor de automvil (el Duratec V-6), mostrando diversos componentes y los materiales 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 mano, 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 palabra produccin, en algn momento durante el siglo XV. Los vocablos manufactura y produccin con frecuencia se utilizan de manera indistinta. Debido a que suelen pasar por varios procesos en los que las materias primas se convierten en productos tiles, los artculos manufacturados adquieren un valor, defini- do como equivalente monetario o precio de venta. Por ejemplo, como materia prima para los cermicos, la arcilla tiene un valor pequeo al extraerla de la mina. Cuando se convierte 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 la que 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 300 Piano de cola 12,000 Automvil 15,000 Avin de carga C-5A Boeing 747400 76,000,000 74,000,000 Tubera hidrulica de cobre Tornillos de latn y de acero Cigeal de acero forjado Engrane recto de acero troquelado Escobillas decobre (dentro del alternador) Cabeza de cilindros de aluminio fundido Bujas con electrodo de platino y cubierta de cermica Camisas de cilindros de hierro fundido microasentado Bielas de polvo metlico Pistones de aluminio fundido, recubiertos de grafito Por claridad, no se muestran los mltiples de polmeros

34. http://www.ingeelectronico.blogspot.com I.1 Qu es la manufactura? 3 plos incluyen chips de computadoras, monobloques de motores, engranes y zapatos de- portivos. La manufactura puede fabricar productos discretos, es decir, partes individuales o productos continuos. Los clavos, engranes, bolas para rodamientos, latas para bebidas y monobloques para motores son ejemplos de partes discretas, aunque se producen en al- tos volmenes y capacidades de produccin. En cambio, el alambre, las hojas metlicas y los tubos y tuberas de plstico son productos continuos, que despus se cortan en piezas individuales y se convierten as en productos discretos. Por lo general, la manufactura es una actividad compleja que comprende una amplia 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 demandas y tendencias: 1. Un producto debe satisfacer totalmente los requisitos de diseo, especificaciones y normas. 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 ensamblado, en vez de confiar slo en las pruebas de calidad despus de haberlo manufacturado. 4. En el muy competitivo ambiente actual, los mtodos de produccin deben ser lo suficientemente flexibles para responder a las cambiantes demandas del mercado, a los tipos de productos y a las capacidades de produccin, a fin de asegurar una entrega oportuna al cliente. 5. Los continuos desarrollos en materiales, mtodos de produccin e integracin a las computadoras, tanto de las actividades tecnolgicas como de las administrativas en una organizacin manufacturera, deben evaluarse constantemente con miras a su implantacin apropiada, oportuna y econmica. 6. Las actividades de manufactura deben verse como un gran sistema, cuyas partes se relacionan entre s en grados variables. Estos sistemas se pueden modelar para estudiar el efecto de factores como los cambios en las demandas del mercado, el diseo del producto, los materiales y los mtodos de produccin tanto en la calidad como en el costo de los productos. 7. El fabricante debe trabajar con el cliente para obtener una retroalimentacin oportuna y conseguir as una mejora continua del producto.

35. http://www.ingeelectronico.blogspot.com 4 Introduccin general 8. Una organizacin manufacturera debe luchar constantemente por obtener mayores niveles de productividad, que se define como el uso ptimo de todos sus recursos: materiales, mquinas, energa, capital, mano de obra y tecnologa. Debe maximizarse la produccin por empleado por hora en todas las fases. I.1.1 Breve historia de la manufactura La manufactura se origin entre los aos 5000 y 4000 a.C. (tabla I.2). Es ms antigua que la historia registrada. Las marcas y los dibujos en las cuevas o en las rocas primitivas dependan de alguna forma de marcador o brocha, y se empleaba una pintura o algn medio para grabar en la roca. Era necesario fabricar herramientas apropiadas para esas aplicaciones. La manufactura de productos que tenan diversos usos especficos comenz con la produccin de artculos de madera, cermica, piedra y metal. Los materiales y procesos 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 materiales y operaciones ms complejas, con crecientes capacidades de produccin y mayores niveles 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 de metales ferrosos y no ferrosos. En la actualidad, los materiales que se emplean en productos avanzados, como computadoras y aeronaves supersnicas, incluyen materiales de ingeniera (desarrollados para ese fin) con propiedades nicas, como cermicos avanzados, 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 mano de obra en todas las fases de la produccin. A dicha revolucin tambin se le denomina Primera Revolucin Industrial, ya que la segunda comenz a mediados del siglo XX con el 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 la maquinaria textil y de las mquinas herramienta para cortar metales. Esta tecnologa se traslad rpidamente a Estados Unidos, en donde se desarroll ms y se introdujo el importante avance del diseo, la fabricacin y el uso de partes intercambiables, creadas por Eli Whitney a principios de 1800. Antes de esta aportacin era necesario en gran medida el ajuste a mano, porque no se podan fabricar dos partes exactamente iguales. Ahora se da por entendido que podemos reemplazar un tornillo roto de cierto tamao con uno idntico comprado aos despus en una ferretera local. Pronto siguieron nuevos desarrollos, cuyos resultados son incontables productos de uso comn y sin los cuales hoy no podramos imaginar nuestra vida. Al inicio de la dcada de 1940 se alcanzaron hitos importantes en todos los aspectos de la manufactura. En la tabla I.2 se observa el avance logrado durante los ltimos 100 aos, y particularmente durante las ltimas tres dcadas con el advenimiento de la era de las computadoras, si se compara con el largo periodo transcurrido del ao 4000 al ao 1 a.C. Aunque los romanos tenan factoras para producir en masa artculos de vidrio, al principio los mtodos eran muy primitivos y por lo general muy lentos, con mucha 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 mtodos de produccin han avanzado tanto que, por ejemplo, las latas de aluminio para bebidas se manufacturan a velocidades de 500 por minuto, los agujeros en las hojas metlicas se perforan a razn de 800 por minuto y las bombillas se elaboran en cantidades de ms de 2000 por minuto.

36. http://www.ingeelectronico.blogspot.com 5 TABLAI.2 Desarrollohistricodematerialesyprocesosdemanufactura PeriodoFechasMetalesyDiversosFormadoyUninHerramientas, fundicinmaterialesymodeladomaquinadoysistemas compsitosdemanufactura Antesde4000a.C.Oro,cobre,Artculosdetierra,MartilladoHerramientasdepiedra, hierrometericovidriera,fibraspedernal,madera,hueso, naturalesmarfil,herramientas compsitas 4000a3000a.C.Fundicindecobre,Estampado,joyeraSoldaduradecobreCorindn(almina, moldesdepiedray(Cu-Au,Cu-Pb,esmeril) metales,procesoalaPb-Sn) ceraperdida,plata, plomo,estao,bronce 3000a2000a.C.FundicinyestiradodePerlasdevidrio,AlambremedianteRemachado,Fabricacindeazadones, bronceyhojasdeorotornodealfarero,elcortedehojassoldadurahachasmartilladas, recipientesdevidriometlicasdecobreherramientaspara herreraycarpintera 2000a1000a.C.Hierromaleable,bronce 1000a1a.C.Hierrofundido,PrensadoysopladoEstampadoSoldaduraporCincelesimprovisados, acerofundidodevidriodemonedasforjadehierroysierras,limas,ytornos acero,pegadoparamadera 1a1000d.C.Zinc,aceroVidriovenecianoArmaduras,acuado,Grabadodearmaduras forja,espadasdeacero 1000a1500Altohorno,tiposdeCristalEstiradodealambre,Papellija,sierra metales,fundicintrabajosdeorfebreraimpulsadapormolino decampanas,peltreenoroyplatadeviento 1500a1600CaonesdehierroVidrioplanofundido,PotenciahidrulicaparaTornodemanopara fundido,placavidriodepedernaltrabajodelosmetales,madera deestaolaminacindetiraspara monedas 1600a1700FundicindemoldePorcelanaLaminacin(plomo,Mandrinado,torneado, permanente,latnaoro,plata),laminadomecanizadoderoscas, partirdecobreydeformas(plomo)taladrodecolumna zincmetlico (continaenlasiguientepgina) Egipto:a.C.aa.C. Grecia:a.C.aa.C. Imperioromano:a.C.a476d.C. Edadmedia:a1492 Renacimiento:sigloXIValXVI '476 '500 '146 '1100 '300 '3100

37. http://www.ingeelectronico.blogspot.com 6 TABLAI.2 Desarrollohistricodematerialesyprocesosdemanufactura(continuacin) PeriodoFechasMetalesyDiversosFormadoyUninHerramientas, fundicinmaterialesymodeladomaquinadoysistemas compsitosdemanufactura 1700a1800Hierrofundidomaleable,Extrusin(tubode acerodecrisol(barrasyplomo),embutido varillasdehierro)profundo,laminacin 1800a1900Fundicincentrfuga,VidrioparaventanaMartillodevapor,Cepillodemesafija, procesoBessemer,decilindrodividido,laminacindeacero,fresado,tornocopiador aluminioelectroltico,lmparadeluz,vulca-tubosincostura,paracajasdefusiles, barrasdenquel,nizacin,procesa-laminacinderielesdetornodetorreta, metalesbabbitt,aceromientodelhule,acero,laminadofresadorauniversal, galvanizado,metalurgiapolister,estireno,continuo,discovitrificadopara depolvos,acerodeceluloide,extrusinelectrodeposicinrectificado hogarabiertodehule,moldeo 1900a1920FabricacinautomticaRoladodetubos,Oxiacetileno;Tornoengranado,rosca- debotellas,baquelita,extrusinencalientesoldaduradearco,doraautomtica,tallado vidriodeborosilicatoresistenciaelctricadeengranesconfresa ytrmicamadre,herramientasde acerodealtavelocidad, xidodealuminioycar- burodesilicio(sinttico) 1920a1940FundicinapresinDesarrollodeplsticos,AlambredetungstenoElectrodosCarburodetungsteno, fundicin,moldeo,apartirdepolvorecubiertosproduccinenmasa, clorurodepolivinilo,metlicomquinasde acetatodecelulosa,transferencia polietileno,fibras devidrio 1940a1950ProcesoalaceraAcrlicos,huleExtrusin(acero),SoldaduradeRecubrimientosde perdidaparapartessinttico,epxicos,estampado,metalesarcosumergidoconversindefosfato, deingenieravidriofotosensibleenpolvoparapartescontroldecalidadtotal paraingeniera 1950a1960Moldecermico,AcrilonitrilobutadienoExtrusinenfroSoldaduradearcoMaquinadoelctricoy hierronodular,estireno,(acero),formadodemetalygas,dequmico,control semiconductores,fluorocarbonos,explosivo,tungstenoygasyautomtico fundicincontinuapoliuretano,vidrioprocesamientodeelectroescoria; flotado,vidriotermomecnicosoldadurapor templado,cermicosexplosin vidriados SegundaGuerraMundialPrimeraGuerraMundialRevolucinIndustrial:a1850 '1750

38. http://www.ingeelectronico.blogspot.com 7 TABLAI.2 Desarrollohistricodematerialesyprocesosdemanufactura(continuacin) PeriodoFechasMetalesyDiversosFormadoyUninHerramientas, fundicinmaterialesymodeladomaquinadoysistemas compsitosdemanufactura 1960a1970FundicinporAcetales,Hidroformado,SoldaduradearcoCarburodetitanio, compresin,policarbonato,extrusinhidrosttica,deplasmaydediamantesinttico, labesparaturbinaformadoenfrodeelectroformadohazdeelectrones,controlnumrico, demonocristalesplsticos,plsticosuninporadhesivosmicrocircuitointegrado reforzados,devanado defilamentos 1970a1990Grafitocompactado,Adhesivos,materialesForjadodeprecisin,Rayolser,Nitrurodeborocbico, fundicinalvaco,compsitos,semi-forjadoisotrmico,uninpordifusinherramientasrecubiertas, arenaaglutinadaconductores,fibrasformadosuperplstico,(tambincombinadatorneadodediamante, orgnicamente,pticas,cermicosmatricesfabricadasconformadomaquinadodeultra- automatizacindelestructurales,mediantediseosuperplstico),precisin,manufactura moldeoycolado,compsitosdematrizymanufacturaasistidasoldadurablandaintegradaporcompu- solidificacinrpida,cermica,plsticosporcomputadora,conmonturatadora,robotsindustria- compsitosdematrizbiodegradables,forjadoyformadosuperficialles,centrosdemaquina- metlica,trabajodepolmerosdeformaneta,doytorneado,sistemas metalessemislidos,elctricamentesimulacinendemanufacturaflexible, metalesamorfos,conductorescomputadoratecnologadedetectores, aleacionesconmemoriainspeccinautomatizada, deforma(materialessistemasexpertos,simu- inteligentes),simulacinlacinyoptimizacin encomputadorasencomputadoras 1990a2000Reofundicin,diseoMaterialesdenanofase,FabricacinrpidaSoldaduradeMicroynanofabricacin, demoldesymatricesespumasmetlicas,deprototipos,montajeagitacinporLIGA(acrnimoalemn asistidoporcompu-recubrimientosrpidodeherramien-friccin,sueldassinparaunprocesoque tadora,montajerpidoavanzados,super-tas,fluidosamigablesplomo,esbozoscomprendelitografa, deherramientasconductoresdealtaconelmedioambientedehojametlicaelectrodeposiciny temperatura,cermicosparaeltrabajodelos(especiales)soldadasmoldeo),ataqueen maquinables,carbonometalesatopeconlser,seco,transmisionesde comodiamanteadhesivosmotoreslineales,redes elctricamenteneuronalesartificiales, conductoresseissigma Fuente:J.A.Schey,C.S.Smith,R.F.Tylecote,T.K.Derry,T.I.Williams,S.R.SchmidyS.Kalpakjian. EradelainformacinEraespacial

39. http://www.ingeelectronico.blogspot.com 8 Introduccin general EJEMPLO I.1 Sujetadores para papel El sujetador para papel o clip (fig. I.2), como lo conocemos hoy en da, fue desarrollado por un noruego, Johan Vaaler, quien recibi la patente respectiva en Estados Uni- dos en 1901. En este ejemplo, identificaremos los importantes factores comprendidos en el diseo y la manufactura de dichos sujetadores. Suponga que se le pide disear y producir sujetadores para papel. Qu tipo de material elegira para hacer este producto tan simple? Debera ser metlico o podra ser no metlico, como el plstico? Si elige un metal, qu tipo de metal y en qu condiciones? Si el material con el que inici tiene la forma de alambre, cul sera su dimetro? Debera ser redondo o tener alguna otra seccin transversal? Son importantes 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 ser as, qu tipo de mquina especial diseara y fabricara, o comprara, a fin de elaborar sujetadores para papel? Si como propietario de una compaa recibiera una orden por 10,000 clips y otra por millones de ellos, sera diferente su mtodo de manufactura? 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 se separen. Por consiguiente, debe disearse de modo apropiado, particularmente en cuanto a forma, tamao, textura y apariencia. El material seleccionado puede tener cierta 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 un nivel 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 uno ms suave. En cambio, si la rigidez del sujetador es demasiado pequea, no ejercer la suficiente fuerza de sujecin sobre el conjunto de papeles. Adems, si el esfuerzo de fluencia del material del alambre (el esfuerzo requerido para provocar una defor- FIGURA I.2 Ejemplos de una amplia variedad de materiales y formas para sujetadores para papel.

40. http://www.ingeelectronico.blogspot.com I.1 Qu es la manufactura? 9 macin permanente en un material) es muy pequeo, el sujetador se doblar de manera 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 clip tambin dependen del dimetro del alambre y de las dimensiones y del diseo del sujetador. Despus de terminar el diseo del sujetador, debe buscarse el material adecuado. Esta seleccin requiere conocimiento de la funcin y los requisitos de servicio del producto, lleva a elegir materiales que, de preferencia, estn disponibles comercialmente, y comprende la consideracin de su resistencia a la corrosin, porque el sujetador se manipula con frecuencia y se somete a la humedad y a otros ataques del medio ambiente. Por ejemplo, vanse las marcas de oxidacin que los clips dejan en los 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 una arista lisa en el extremo del alambre, o dejar una rebaba (una arista afilada) que podra interferir en el uso que se pretende? Finalmente, cul es el mtodo de manufactura ms econmico de esta parte, a la capacidad deseada de produccin, para que pueda ser competitivo en el mercado? Por lo anterior, debe seleccionarse un m- todo de manufactura adecuado, as como las herramientas, maquinaria y equipos correspondientes. 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 bombilla tpica o foco tena una vida de slo 13.5 ho- ras aproximadamente. Desde entonces se han hecho muchas mejoras en los materiales y en los mtodos de manufactura para fabricar bombillas. En este ejemplo describire- mos la secuencia de los mtodos utilizados para manufacturarlas en mquinas altamente automatizadas, a razn de 2000 focos por minuto. En la figura I.3a se muestran los componentes de una bombilla tpica. La parte emisora de luz es el filamento, el cual, al paso de la corriente y debido a su resistencia elctrica, se calienta hasta la incandescencia; esto es, a temperaturas entre 2200 C y 3000 C (4000 F y 5400 F). La primera lmpara exitosa de Edison tena un filamen- to de carbono, aunque l y otros tambin haban experimentado con diversos materiales, entre ellos el papel carbonizado y metales como el osmio, iridio y tantalio. Sin embargo, ninguno de estos materiales tena la resistencia mecnica, la resistencia a la alta temperatura y la larga vida del tungsteno (seccin 6.8), que ahora es el material para filamentos ms utilizado. El primer paso en la manufactura de una bombilla consiste en fabricar el vstago de vidrio que soporta los alambres de entrada y el filamento, y los conecta a la base de la lmpara (fig. I.3b). Estos componentes se colocan, ensamblan y sellan mientras el vidrio se calienta con flamas de gas. Despus se sujeta el filamento a los alambres de entrada. El ensamble terminado del vstago (montura) se transfiere entonces a una m- quina que baja un globo de cristal sobre l y, con flama, sella su cuello al aro de la montura. Se extrae el aire de la bombilla mediante un tubo de escape (una parte inte- gral del vstago de vidrio) y despus se evacua o se llena con gas inerte. Para focos de 40 W o ms, el gas suele ser una mezcla de nitrgeno y argn. Despus se sella el tubo de escape. El siguiente paso de la produccin consiste en sujetar la base a la bom-

41. http://www.ingeelectronico.blogspot.com 10 Introduccin general FIGURA I.3a Componentes de una bombilla o foco. Fuente: Cortesa de General Electric Company. FIGURA I.3b Pasos de manufactura para fabricar una bombilla. Fuente: Cortesa de Ge- neral Electric Company. billa, utilizando un cemento especial. La mquina que realiza la operacin de sujecin tambin suelda (parte VI) los alambres de entrada a la base metlica para proveer la conexin elctrica. El filamento se produce comprimiendo primero polvo de tungsteno en lingotes y sinterizndolo (calentndolo sin que se funda; seccin 17.4). Despus se redondea el lingote y se le da forma de varilla mediante estampado rotatorio (seccin 14.4); las varillas se estiran por medio de una matriz, en varios pasos, a fin de producir un alambre delgado (seccin 15.7) que se enrolla para aumentar la capacidad de produccin de luz del filamento. El dimetro del alambre para un foco de 60 W, 120 V, es de 0.045 mm (0.0018 pulgada) y debe controlarse de manera muy precisa, porque si es menor al especificado en slo 1% la vida de la bombilla podra reducirse hasta 25%. (b) 1 2 3 4 5 6 (a) Gas de relleno Filamento Alambres de entrada Prensado del vstago Tubo de escape Alambres de soporte Botn para sostener los alambres de soporte Disco deflector de calor utilizado en lmparas de alta potencia para proteger del calor excesivo a las partes bajas Fusible que se funde y abre el circuito si ocurre un arco o un corto, evitando que se rompa la bombilla Base

42. http://www.ingeelectronico.blogspot.com I.2 El proceso de diseo del producto y la ingeniera concurrente 11 El espaciamiento entre las espiras tambin debe ser muy preciso, para evitar la con- centracin localizada de calor y con ello un posible corto. En general, los alambres de entrada se elaboran con nquel, cobre o molibdeno, y los alambres de soporte con molibdeno (seccin 6.8). La porcin del alambre de entrada embutida en el vstago se fabrica con una aleacin de hierro-nquel, recubierta con cobre. El alambre tiene fundamentalmente el mismo coeficiente de dilatacin trmica que el vidrio (captulos 3 y 8), lo cual impide el desarrollo de los esfuerzos trmi- cos que de otra manera podran hacer que se agrietara el vstago. La base de la bombilla suele hacerse de aluminio (que debido a su bajo costo ha reemplazado al latn) recubierto especialmente para permitir que se inserte con facilidad en la toma elctrica o socket. Por lo comn, el vidrio de las bombillas se fabrica soplando vidrio fundido en un molde (seccin 18.3.3). Se utilizan varios tipos de vidrio, dependiendo del tipo de bombilla deseado. El interior del tubo puede ser esmerilado (translcido), para redu- cir el brillo y difundir mejor la luz, o simple (transparente). El gas de relleno debe ser puro, pues en caso contrario se ennegreceran las paredes interiores de la bombilla. Por ejemplo, una sola gota de agua en el gas utilizado para medio milln de focos hara que se ennegrecieran todos. I.2 El proceso de diseo del producto y la ingeniera concurrente El diseo del producto es una actividad crtica, porque se estima que 70% u 80% del costo de desarrollo y manufactura de un producto est determinado por las decisiones tomadas en las etapas iniciales del diseo. Este proceso comienza con el desarrollo de un concepto para un producto original. En esta etapa es altamente deseable, e incluso fundamental, un mtodo innovador de diseo, para que el producto sea exitoso en el mercado y se obtengan ahorros importantes en costos de materiales y de produccin. Primero, el diseo de un producto requiere un entendimiento completo de sus funciones y de su desempeo esperado. El mercado de un producto, as como los usos pre- vistos para el mismo, deben definirse claramente con la ayuda de analistas de mercado y personal de ventas, que aportan a la compaa informacin valiosa y oportuna sobre el ramo. El producto puede ser nuevo o una versin modificada o ms reciente de un artculo existente; por ejemplo, obsrvese cmo han cambiado a travs de los aos el diseo y el estilo de los telfonos celulares, las calculadoras, los aparatos domsticos, los automviles y las aeronaves. Las actividades de diseo y manufactura suelen efectuarse de manera consecutiva (fig. I.4a), una metodologa que en principio puede parecer lgica y directa, pero que en la prctica desperdicia recursos de modo extremo. En teora, un producto puede pasar de un departamento de una organizacin a otro, puede producirse y despus colocarse directamente en el mercado, pero es comn que haya dificultades. Por ejemplo, un ingeniero de manufactura podra desear que se conificara la brida de una parte para mejorar su capacidad de fundicin, o decidir que es preferible una aleacin diferente. Tales cambios obligaran a repetir la etapa de anlisis del diseo, a fin de asegurar que el producto funcione satisfactoriamente. Estas iteraciones, como se muestra en la figura I.4a, desperdician recursos y, lo ms importante, desperdician tiempo. Impulsada por la industria electrnica de consumo, se desarroll una gran necesidad de proveer productos al mercado lo ms rpidamente posible. El razonamiento era que los productos introducidos antes gozaban de un mayor porcentaje del mercado y, en consecuencia, de mayores ganancias, as como de una vida ms larga antes de la obsoles- cencia. Por estas razones apareci la ingeniera concurrente, tambin denominada ingeniera simultnea, que llev al mtodo de desarrollo de productos mostrado en la figura

43. http://www.ingeelectronico.blogspot.com 12 Introduccin general FIGURA I.4 (a) Grfica que muestra los diversos pasos comprendidos en el diseo y la manufactura de un producto. Segn la complejidad del artculo y el tipo de materiales utilizados, el tiempo que media entre el concepto original y el mercadeo de un producto puede variar desde unos cuantos meses hasta muchos aos. (b) Grfica que muestra el flujo general de un producto en la ingeniera concurrente, desde el anlisis de mercado hasta la venta del producto. Fuente: S. Pugh, Total Design, Addison-Wesley, 1991. I.4b. Aunque an tiene un flujo general del producto que va del anlisis de mercado al diseo y la manufactura, contiene varias iteraciones deliberadas. La principal diferencia con el mtodo anterior es que ahora todas las disciplinas se involucran en las primeras etapas del diseo, para que en las iteraciones, que ocurren naturalmente, haya un menor desperdicio de esfuerzos y de tiempo. Una clave para este mtodo es la ahora bien reco- (a) (b) Definicin de la necesidad del producto; informacin de mercadeo Diseo conceptual y evaluacin; estudio de factibilidad Anlisis del diseo; revisin de cdigos y normas; modelos fsicos y analticos Produccin de prototipos; prueba y evaluacin Diseo asistido por computadora (CAD) Planos de produccin; instructivos Especificacin de materiales; seleccin de proceso y de equipo, revisin de la seguridad Manufactura asistida por computadora y planeacin de procesos (CAM y CAPP) Produccin piloto Produccin Manufactura integrada por computadora (CIM) Inspeccin y aseguramiento de la calidad Empaque; mercadeo y literatura de ventas Producto Mercado Especificacin Iteraciones Diseo conceptual Diseo principal Flujo Diseo de detalle Manufactura Venta

44. http://www.ingeelectronico.blogspot.com I.2 El proceso de diseo del producto y la ingeniera concurrente 13 nocida importancia de la comunicacin entre y dentro de las diversas disciplinas: debe existir comunicacin no slo entre las funciones de ingeniera, mercadeo y servicio, sino tambin entre actividades como el diseo para la manufactura, diseo para el reciclamiento y diseo para la seguridad. La ingeniera concurrente integra el diseo y la manufactura de un producto con vistas a optimizar todos los elementos incluidos en su ciclo de vida. Este mtodo reduce (a) los cambios en el diseo y la ingeniera de un producto, y (b) el tiempo y los costos comprendidos en llevarlo desde su diseo conceptual hasta su produccin e introduccin en el mercado. El ciclo de vida tpico de un producto nuevo consta de las siguientes etapas: (a) arranque, (b) crecimiento rpido en el mercado, (c) madurez y (d) declinacin. El concepto de ingeniera de ciclo de vida demanda que en la etapa de diseo se considere toda la vida de un producto: as, el diseo, la produccin, la distribucin, el uso y el reciclamiento o disposicin deben considerarse simultneamente. Entonces, un producto bien diseado es: Funcional (diseo). Bien manufacturado (produccin). Bien empacado (para que llegue a salvo al usuario final o al cliente). Durable (funciona efectivamente para el propsito destinado). Conservable (tiene componentes que se pueden reemplazar o reparar, o a los que se puede dar mantenimiento con facilidad). Un recurso eficiente (se puede desensamblar para reciclar los componentes). Aunque en este libro de texto se enfatiza principalmente el aspecto de la produccin en el ciclo de vida de un producto, la necesidad de integracin de mltiples disciplinas en el desarrollo del mismo domina su ciclo de vida; por ejemplo, el reciclamiento se trata de mejor manera durante el desarrollo del producto mediante la seleccin de materiales que sean fcilmente reciclables. Aunque el concepto de ingeniera concurrente pa- rece lgico y eficiente, su implantacin requiere considerable tiempo y esfuerzo cuando sus usuarios no trabajan en equipo o no aprecian sus beneficios reales. Existen numerosos ejemplos de los beneficios de la ingeniera concurrente. Tal es el caso de una compaa automotriz que redujo 30% el nmero de componentes en uno de sus motores, ocasionando que el peso del motor disminuyera 25% y su tiempo de manufactura se redujera en 50%. El concepto de ingeniera concurrente se puede implantar en compaas grandes y pequeas, particularmente en vista de que 98% de los estableci- mientos manufactureros de Estados Unidos tienen menos de 500 empleados. El diseo del producto comprende a menudo la preparacin de modelos analticos y fsicos del mismo para estudiar factores como fuerzas, esfuerzos, deflexiones y una forma ptima de la parte. La necesidad de dichos modelos depende de la complejidad del producto. Hoy en da, la construccin y el estudio de modelos analticos se simplifi- ca altamente con el uso de tcnicas de modelado y diseo asistidos por co