José Antonio Arellano Cabrera

114 Pages·2007·2.23 MB·English

cenidet

Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico

Departamento de Ingeniería Mecánica

TESIS DE MAESTRÍA EN CIENCIAS

Principios de Transferencia de Masa Durante el Corte de Metales

presentada por

José Antonio Arellano Cabrera
Ing. Mecánico por la Universidad Autónoma de Zacatecas

como requisito para la obtención del grado de:
Maestría en Ciencias en Ingeniería Mecánica

Director de tesis:
Dr. José María Rodríguez Lelis

Co-Directores de tesis:
M.C. Sergio Reyes Galindo
M.C. Claudia Cortes García

Cuernavaca, Morelos, México. 7 de Diciembre de 2007

cenidet

Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico

Departamento de Ingeniería Mecánica

TESIS DE MAESTRÍA EN CIENCIAS

Principios de Transferencia de Masa Durante el Corte de Metales

presentada por

José Antonio Arellano Cabrera
Ing. Mecánico por la Universidad Autónoma de Zacatecas

como requisito para la obtención del grado de:
Maestría en Ciencias en Ingeniería Mecánica

Director de tesis:
Dr. José María Rodríguez Lelis

Co-Directores de tesis:
M.C. Sergio Reyes Galindo
M.C. Claudia Cortes García

Jurado:
Dr. Jorge Bedolla Hernández – Presidente
Dr. Jesús Porcayo Calderón – Secretario
M.C. José Navarro Torres – Vocal
Dr. José María Rodríguez Lelis – Vocal Suplente

Cuernavaca, Morelos, México. 7 de Diciembre de 2007
Con cariño para…
Mis padres Antonio† y Socorro†
(In Memoriam)

Mi abuelita Isabel
Mis hermanas Yani, Levi, Pame
Para Héctor, Jorge y Ángel
…por estar siempre conmigo
Agradecimientos:

Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología por el apoyo económico que me
otorgó para la realización de mis estudios.

Al Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico por permitirme
realizar mis estudios de maestría.

A mi asesor Dr. José María Rodríguez Lelis, por la dirección de mi trabajo, sus
sabios consejos, por creer en mí y brindarme su amistad.

A mis coasesores M.C. Sergio Reyes Galindo, M.C. Claudia Cortes García, por
sus aportaciones a mi trabajo.

A los miembros del jurado revisor: Dr. Jorge Bedolla Hernández, Dr. Jesús
Porcayo Calderón, M.C. José Navarro Torres, por su valiosa aportación a este
trabajo y sus consejos.

A todos mis profesores por su tiempo y sabios consejos.

A Silvia Ortiz mi flaquita linda y su familia por su apoyo y cariño.

A mis compañeros: Diabb, Melvyn, Luís Alberto, Mario Alberto, Eric, Jorge,
Daniel, David, Luis Carlos por su apoyo a lo largo de la maestría.

A los compañeros de la línea de investigación Tribología-Biomecánica: José,
Arturo y Salvador por sus consejos y muy valiosa amistad, a Gilberto, Juvenal,
y José Luis por su apoyo.

A la Universidad Tecnológica Emiliano Zapata en especial a la maestra Cruz
Madero por el apoyo otorgado para la realización de las pruebas.

Y a todos los que de alguna u otra manera colaboraron con este trabajo

....muchas gracias.
Principles of Mass Transfer During Metal Cutting

Abstract

Usually drugs and other substances are applied by hypodermic needle. Pain
sensation is generated during the insertion of the needle into the body. The pain is
attributed to shear, friction, and adhesive forces generated during the insertion. The
present work shows the technological development of a DLC coating by grinding and
their application on manufacturing of hypodermic needles. Therefore, the presence of
DLC coating on the needle is demonstrated by optical analysis. Test of the resistance
of needle insertion on ballistic gel show reduction of friction corroborating the
improvement of needle insertion in soft tissues and in consequence, a reduction of
pain sensation.

cenidet
Principios de Transferencia de Masa Durante el corte de Metales

Resumen

La aplicación de fármacos y otras sustancias generalmente se realiza por
medio de una aguja hipodérmica. Durante la penetración de la aguja en el cuerpo se
genera una sensación de dolor. La sensación de dolor se atribuye al corte y las
sucesivas fuerzas de fricción y adhesión que se generan durante la penetración. El
presente trabajo muestra el desarrollo tecnológico para la realización de
recubrimientos a base de DLC durante el corte por esmerilado y su aplicación a la
fabricación de agujas hipodérmicas. A través de análisis óptico, se demuestra la
presencia de DLC en la superficie de la aguja, lo que comprueba el éxito del proceso
de recubrimiento. Pruebas de medición de resistencia a la penetración de agujas
hipodérmicas sobre gel de balística demostraron la reducción del coeficiente de
fricción, y por lo tanto la facilidad de penetración en tejidos blandos, consecuencia
de esto, la reducción de la sensación dolor.

cenidet  I
Principios de Transferencia de Masa Durante el corte de Metales

Contenido

Resumen I
Contenido II
Nomenclatura V
Lista de tablas VIII
Lista de figuras X
Introducción XIII

i Objetivo XV
ii Alcances XV
iv Bibliografía XVI

Capítulo 1 Estado del arte 1

1.1 Introducción 1
1.2 Estado del arte 1
1.3 Bibliografía 10

Capítulo 2 Modelo de la transferencia de masa durante el corte de 13
metales

2.1 Introducción 13
2.2 Transferencia de masa 14
2.2.1 Difusión en metales 15
2.2.2 Coeficiente de difusión 16
2.2.3 Energía de activación 18
2.3 Corte de metales 19
2.3.1 Mecánica del corte 20
2.3.2 Generación de temperatura durante el corte de metales 22
2.3.3 Temperaturas instantáneas 24
2.4 Fricción seca 25
cenidet  II
Principios de Transferencia de Masa Durante el corte de Metales

2.5 Área real de contacto 27
2.6 Adhesión 30
2.7 Modelo para el calculo de temperaturas máximas durante el corte de 32
metales
2.7.1 Coeficiente de fricción para el corte de metal por esmerilado 35
2.7.2 Temperatura máxima en la pieza de trabajo 38
2.7.3 Distribución del flujo de calor en el área de contacto 40
2.8 Bibliografía 44

Capítulo 3 Banco experimental y datos teóricos 47

3.1 Introducción 47
3.2 Materiales de trabajo y datos teóricos de velocidad, carga y profundidad 47
de corte
3.3 Procesos de manufactura para la punta de las agujas hipodérmicas 53
3.4 Deposición del DLC en la punta de la aguja hipodérmica durante el corte 55
3.4.1 Recubrimiento longitudinal de la aguja hipodérmica por 55
triboadhesión
3.5 Diseño del banco de experimentación 57
3.5.1 Sistema de inyección de DLC, recuperador de polvo e 61
instrumentación de los sensores de carga
3.6 Bibliografía 63

Capítulo 4 Experimentación y resultados 64

4.1 Introducción 64
4.2 Pruebas de deposición de DLC en la punta de la aguja hipodérmica 64
durante el corte
4.3 Análisis superficial de espectrometría laser 69
4.4. Pruebas de microdureza superficial 71
4.5 Verificación de la disminución del coeficiente de friccion, a causa del 73
recubrimiento de DLC en la aguja hipodérmica
4.5.1 Cálculo del coeficiente de fricción y fuerzas de adherencia 75
en el tejido blando
4.5.2 Pruebas de penetración 77
4.6 Bibliografía 81

Capítulo 5 Conclusiones y trabajos futuros 82

5.1 Conclusiones 82
5.2 Trabajos futuros 83

Anexo A Profundidades de corte y longitudes de contacto. 84
cenidet  III
Principios de Transferencia de Masa Durante el corte de Metales

Anexo B Instrumentación del equipo para deposición. 87
Anexo C Pruebas de penetración de las agujas hipodérmicas. 90

cenidet  IV