Conceptos Fundamentales de Herramientas, Materiales y Procesos en Diseño e Ingeniería

Herramientas y Procesos Fundamentales en Diseño y Fabricación

Clasificación de Herramientas por Función

Las herramientas son esenciales en cualquier proceso de diseño y fabricación, permitiendo la manipulación y transformación de materiales. Se clasifican según su función principal:

Medición y Trazado

• Escuadra metálica: Para verificar ángulos rectos y trazar líneas perpendiculares.
• Regla: Para medir longitudes y trazar líneas rectas.
• Plantilla: Para replicar formas o patrones específicos.
• Metro de carpintero: Cinta métrica plegable, ideal para mediciones en madera.
• Cinta métrica: Flexible, para medir longitudes y perímetros.
• Transportador de ángulos: Para medir y trazar ángulos.

Marcado

• Lápiz de carpintero: Para marcar líneas visibles en madera y otros materiales.
• Punta de trazar: Herramienta afilada para marcar líneas precisas en metal o superficies duras.
• Compás de punta de acero: Para trazar círculos y arcos, o transferir medidas.
• Gramil: Para trazar líneas paralelas a un borde de referencia.

Sujeción

• Tornillo de banco: Fijo a una mesa, para sujetar piezas firmemente.
• Tornillo de mano: Portátil, para sujetar piezas pequeñas o en ángulos difíciles.
• Gato (o sargento): Para sujetar piezas entre sí o a una superficie.
• Abrazadera: Similar al gato, para sujetar piezas a presión.

Corte y Aserrado

• Serrucho ordinario: Para cortes generales en madera.
• Serrucho de costilla: Con refuerzo en el lomo para cortes más precisos.
• Serrucho de punta: Para cortes curvos o en espacios reducidos.
• Sierra de marquetería: Para cortes finos y detallados en madera.
• Sierra de arco: Para cortar metal o materiales duros.
• Segueta: Sierra pequeña para cortes intrincados.

Máquinas herramientas de corte:

• Sierra circular: Para cortes rectos y rápidos en grandes volúmenes.
• Sierra de cinta: Para cortes curvos y rectos en diversos materiales.

Perforación

• Barrena: Herramienta manual para hacer agujeros en madera.
• Taladradora manual: Para perforar agujeros con brocas.

Componentes:

• Taladradora: Máquina para perforar.
• Brocas: Accesorios de corte para la taladradora, de diferentes diámetros y materiales.

Tallado y Rebaje

• Formón: Cincel para madera, para cortes rectos y vaciados.
• Escoplo: Cincel más robusto, para hacer mortajas.
• Gubia: Cincel con hoja curva, para tallar formas cóncavas.
• Maza: Martillo de madera o goma, para golpear formones y escoplos.

Afinado y Acabado

• Escofina: Lima gruesa para desbastar madera.
• Lima: Para desbastar y alisar superficies en metal o madera.
• Papel de lija: Abrasivo para alisar y preparar superficies.
• Cepillo: Herramienta para alisar y nivelar superficies de madera.
• Cepillo de alambre: Para limpiar superficies o eliminar óxido.

Máquinas de acabado:

• Rectificadora: Para acabados de alta precisión en superficies planas.
• Cepilladora: Máquina para alisar y dar espesor uniforme a la madera.
• Lijadora: Máquina para lijar grandes superficies de manera eficiente.

Unión y Ensamblaje

• Martillo de peña: Con una cuña para clavar y extraer clavos.
• Martillo de bola: Con cabeza esférica, para remachar o conformar metal.
• Martillo de uña: Con una uña para extraer clavos.
• Clavos: Elementos de fijación por percusión.
• Destornillador: Para apretar o aflojar tornillos.
• Tornillos: Elementos de fijación roscados.

Tipos de cabeza de tornillo:

• Fresada: Cabeza plana que se hunde en el material.
• Philips: Con ranura en forma de cruz.
• Torx: Con ranura en forma de estrella de seis puntas.

• Llaves: Para apretar o aflojar tuercas y tornillos con cabeza hexagonal.
• Destornillador electrónico: De precisión, para componentes pequeños.

Tipos de Uniones y Ensambles

Las uniones son fundamentales para la cohesión de estructuras y productos. Pueden ser permanentes o desmontables:

• Bisagras: Permiten el movimiento pivotante entre piezas.
• Cola de contacto: Adhesivo fuerte para unir superficies.
• Cola blanca (PVA): Adhesivo común para madera y papel.
• Resina: Adhesivo de alta resistencia, a menudo epoxi.
• Pistola de pegamento: Para aplicar adhesivos termofusibles.
• Ensamble de dientes múltiples: Unión robusta con interdigitaciones.
• Unión con clavijas: Reforzada con pasadores cilíndricos.
• Unión a media madera con ranura sencilla: Las piezas se solapan a la mitad de su espesor.
• Unión a caja y espiga: Una espiga encaja en una caja, muy resistente.
• Unión de cola de milano: Ensamble decorativo y muy fuerte, con forma de cola de ave.

Materiales en Ingeniería y Diseño

Clasificación de Materiales

Los materiales se clasifican según su grado de procesamiento:

• Materia prima: Material directamente obtenido de la naturaleza (ej. mineral de hierro, tronco de árbol).
• Material transformado: Materia prima que ha sido procesada para su uso (ej. vigas de acero, tablas de madera).
• Producto: Objeto construido a partir de materiales transformados (ej. puente, mesa).

Origen de los Materiales y Ejemplos

Los materiales también se clasifican por su origen natural:

• Mineral:
  • Materia prima: Hierro
  • Material transformado: Vigas de acero
  • Producto: Puente (estructura)
• Animal:
  • Materia prima: Lana
  • Material transformado: Ovillo de lana
  • Producto: Bufanda
• Vegetal:
  • Materia prima: Tronco de árbol
  • Material transformado: Tablas, tablones
  • Producto: Mesa

La Madera como Material de Ingeniería

Definición de Madera

La madera es una materia prima de origen vegetal, formada por la parte leñosa del árbol, ampliamente utilizada en construcción, mobiliario y diversas aplicaciones de diseño e ingeniería.

Partes de un Tronco de Árbol

Un tronco de árbol se compone de varias capas y estructuras:

• Médula: El centro del tronco, tejido blando.
• Duramen: La parte central y más antigua de la madera, oscura y resistente.
• Albura: La parte más joven y clara de la madera, activa en el transporte de savia.
• Cambium: Capa delgada entre la albura y la corteza, responsable del crecimiento del tronco.
• Corteza: La capa exterior protectora del árbol.
• Nudo: Imperfección en la madera que indica la base de una rama.

Proceso de Obtención de la Madera

La madera pasa por un proceso de transformación desde el árbol hasta su uso:

1. Tala y poda: Corte del árbol y eliminación de ramas.
2. Tronzado: Corte del tronco en secciones manejables.
3. Transporte: Traslado de los troncos a los aserraderos.
4. Descortezado: Eliminación de la corteza.
5. Aserrado: Corte de los troncos en tablas y tablones.
6. Lavado: Limpieza de la madera.
7. Secado: Reducción del contenido de humedad (natural o artificial).
8. Cepillado: Alisado de las superficies de la madera.
9. Lijado: Acabado final para una superficie suave.

Tipos de Madera

La madera se clasifica principalmente en dos categorías:

Maderas Duras

Características:

• Crecimiento lento.
• Anillos de crecimiento estrechos.
• Tronco grueso.
• Proviene de árboles de hoja caduca.
• Poca resina.
• Muchos colores y vetas variadas.
• Muy resistentes y duraderas.

Ejemplos: Haya, Roble, Caoba.

Maderas Blandas

Características:

• Crecimiento rápido.
• Anillos de crecimiento muy anchos.
• Troncos delgados.
• Proviene de coníferas y árboles de hoja de aguja.
• Mucha resina.
• Pocos colores, tonos más claros.
• Menos resistentes que las maderas duras.

Ejemplos: Pino, Abeto, Cedro.

Procesos de Transformación y Sostenibilidad

Concepto de Economía Lineal

La economía lineal es un modelo de producción y consumo que sigue un ciclo de "extraer, fabricar, usar y desechar". Implica una secuencia de:

• Materias primas
• Materiales
• Objetos tecnológicos
• Residuos (que, en este modelo, no suelen volver a ser materiales en el mismo ciclo).

Proceso de Producción de Celulosa (Papel)

La celulosa es la base para la fabricación de papel y otros productos. Su proceso de obtención incluye:

1. Tala: Obtención de la madera.
2. Descortezado: Eliminación de la corteza del tronco.
3. Triturado de madera: Reducción de la madera a pequeñas astillas.
4. Lavado y blanqueamiento de la pasta: Limpieza y decoloración de la pasta de madera.
5. Pasta líquida: La pasta se mezcla con agua para formar una suspensión.
6. Succión del contenido de agua: Eliminación del exceso de agua de la pasta.
7. Prensado con rodillos: Compresión de la pasta para formar una lámina.
8. Secado y alisado con rodillos: Eliminación de la humedad restante y alisado de la superficie.
9. Bobinado y corte: La lámina de papel se enrolla en bobinas y luego se corta a las dimensiones deseadas.