CONCEPTOS BASICOS EN SISTEMAS DE MANUFACTURA.
Ingeniería de Manufactura.
Es la ciencia que estudia los procesos de conformado y fabricación de componentes
mecánicos con la adecuada precisión dimensional, así como de la maquinaria,
herramientas y demás equipos necesarios para llevar a cabo la realización física de
tales procesos, su automatización, planificación y verificación.
La Ingeniería de Manufactura es una función que lleva acabo el personal técnico, y
esta relacionado con la planeación de los procesos de manufactura para la
producción
económica de productos de alta calidad. Su función principal es preparar
la transición del producto desde las especificaciones de diseño hasta la manufactura
de un producto físico. Su propósito general es optimizar la manufactura dentro de la
empresa determinada. el ámbito de la ingeniería de manufactura incluye muchas
actividades y responsabilidades que dependen del tipo de operaciones de producción
que realiza la organización particular. Entre las actividades usuales están las
siguientes:
1) Planeación de los procesos
2) Solución de problemas y mejoramiento continuo.
3) Diseño para capacidad de manufactura.
La planeación de procesos implica determinar los procesos de manufactura mas
adecuados y el orden en el cual deben realizarse para producir una parte o producto
determinado, que se especifican en la ingeniería de diseño. El plan de procesos debe
desarrollarse dentro de las limitaciones impuestas por el equipo de procesamiento
disponible y la capacidad productiva de la fabrica.
Planeación tradicional de procesos.
Tradicionalmente, la planeación de procesos la lleva acabo ingenieros en
manufactura que conocen los procesos particulares que se usan en la fabrica y son
capaces de leer dibujos de ingeniería con base en su conocimiento, capacidad y
experiencia . Desarrollan los pasos de procesamiento que se requieren en la
secuencia más lógica para hacer cada parte. A continuación se mencionan algunos
detalles y decisiones requeridas en la planeación de procesos.
Procesos y secuencias.
Selección del equipo
Herramientas, matrices, moldes, soporte y medidores.
Herramientas de corte y condiciones de corte para las operaciones de
maquinado.
Métodos.
Estándares de trabajo
Estimación de los costos de producción.
Estimación de materiales
Distribución de planta y diseño de instalaciones.
PLANEACION DE PROCESOS PARA PARTES.
Los procesos necesarios para manufactura una parte especifica se determinan en
gran parte por el material con que se fabrica la parte. El diseñador del producto
selecciona el material con base en los requerimientos funcionales. Una vez
seleccionado el material , la elección de los procesos posibles se delimita
considerablemente. En este análisis de los materiales para ingeniería
proporcionamos guías para el procesamiento de cuatro grupos de materiales.
Metales
Cerámicos
Polímeros
y Materiales compuestos.
Una típica secuencia de procesamiento para fabricar una parte separada consiste en:
1.- materia prima inicial.
2.- procesos básicos
3.- procesos secundarios
4.- procesos para el mejoramiento de las propiedades
5.- operaciones de acabado.
un proceso básico establece la geometría inicial de la parte. entre ellos están el
colocado de metales, el forjado y el laminado de chapas metalicas. En la mayoría de los
casos, la geometría inicial debe refinarse mediante una serie de Procesos secundarios. estas
operaciones transforman la forma básica en la geometría final. hay una correlación entre los
procesos secundarios que pueden usarse y el proceso básico que proporciona la forma
inicial. La selección de ciertos procesos básicos reduce la necesidad de procesos secundarios
gracias a que con el modelo se obtienen características
geométricas detallada de
dimensiones precisas.
Después de operaciones de formado , por lo general se hacen operaciones para
mejorar las propiedades incluyen el tratamiento térmico en componentes metálicos y
cristalería. En muchos casos, las partes no requieren estos pasos de mejoramiento de
propiedades en su secuencia de procesamiento. Las operaciones de acabado son las ultimas
de la secuencia; por lo general proporciona un recubrimiento en la superficie de la parte de
trabajo(o ensamble) Entre estos procesos están la electrodeposicion y la pintura.
DESARROLLO HISTORICO DE LOS SISTEMAS DE MANUFACTURA.
El punto de partida de los procesos de manufactura moderno pueden acreditarse a
ELI WHITNEY con su maquina despepitadora de algodón sus principios de fabricación
intercambiables o su maquina fresadora sucesos todos ellos por los años de 1880
también en esa época aparecieron otro procesos industriales a consecuencia de la
guerra civil en los Estados Unidos que proporciono un nuevo impulso al desarrollo de
procesos de manufactura de aquel país.
El origen de la experimentación y análisis en los procesos de manufactura se
acreditaron en gran medida a FRED W. TAYLOR quien un siglo después de Whitney
publico los resultados de sus trabajos sobre el labrado de los metales aportando una
base científica para hacerlo.
El contemporáneo Miron L. Begeman y otros investigadores o laboratoristas lograron
nuevos avances en las técnicas de fabricación, estudios que ha n llegado ha
aprovecharse en la industria.
El conocimiento de los principios y la aplicación de los servomecanismos levas,
electricidad, electrónica y las Computadoras hoy día permiten al hombre la producción
de las maquinas.
PROCESOS DE MANUFACTURA CONVENCIONALES.
De acuerdo con esta definición y a la vista de las tendencias y estado actual de la
fabricación mecánica y de las posibles actividades que puede desarrollar el futuro
ingeniero en el ejercicio de la profesión, los contenidos de la disciplina podrían
agruparse en las siguientes áreas temáticas:
Procesos de conformación sin eliminación de material
Por fundición
Por deformación
Procesos de conformación con eliminación de material
Por arranque de material en forma de viruta
Por abrasión
Por otros procedimientos
Procesos de conformado de polímeros y derivados
Plásticos
Materiales compuestos
Procesos de conformación por unión de partes
Por sinterización
Por soldadura
Procesos de medición y verificación dimensional
Tolerancias y ajustes
Medición dimensional
Automatización de los procesos de fabricación y verificación
Control numérico
Robots industriales
Sistemas de fabricación flexible
Las propiedades de manufactura y tecnológicas son aquellas que definen el comportamiento
de un material frente a diversos métodos de trabajo y a determinadas aplicaciones. Existen
varias propiedades que entran en esta categoría, destacándose la templabilidad, la
soldabilidad y la dureza entre otras.
OTRA CLASIFICACIÓN GENERAL DE LOS PROCESOS DE MANUFACTURA ES :
De manera general los procesos de manufactura se clasifican en cinco grupos:
Procesos que cambian la forma de del material
Ejemplos:
Metalurgia extractiva, Fundición, Formado en frío y caliente, Metalurgia de polvos, Moldeo de
plástico
Procesos que provocan desprendimiento de viruta por medio de máquinas
Ejemplos:
Métodos de maquinado convencional, Métodos de maquinado especial
Procesos que cambian las superficies
Ejemplos:
Con desprendimiento de viruta, Por pulido, Por recubrimiento.
Procesos para el ensamblado de materiales
Ejemplos:
Uniones permanentes, Uniones temporales
Procesos para cambiar las propiedades físicas
Ejemplos:
Temple de piezas, Temple superficial
Soldabilidad:
En ingeniería, procedimiento por el cual dos o más piezas de metal se unen por aplicación
de calor, presión, o una combinación de ambos, con o sin al aporte de otro metal, llamado
metal de aportación, cuya temperatura de fusión es inferior a la de las piezas que han de
soldarse. La mayor parte de procesos de soldadura se pueden separar en dos categorías:
soldadura por presión, que se realiza sin la aportación de otro material mediante la
aplicación de la presión suficiente y normalmente ayudada con calor, y soldadura por
fusión, realizada mediante la aplicación de calor a las superficies, que se funden en la zona
de contacto, con o sin aportación de otro metal. En cuanto a la utilización de metal de
aportación se distingue entre soldadura ordinaria y soldadura autógena. Esta última se
realiza sin añadir ningún material. La soldadura ordinaria o de aleación se lleva a cabo
añadiendo un metal de aportación que se funde y adhiere a las piezas base, por lo que
realmente éstas no participan por fusión en la soldadura. Se distingue también entre
soldadura blanda y soldadura dura, según sea la temperatura de fusión del metal de
aportación empleado; la soldadura blanda utiliza metales de aportación cuyo punto de
fusión es inferior a los 450 ºC, y la dura metales con temperaturas superiores.
Gracias al desarrollo de nuevas técnicas durante la primera mitad del siglo XX, la soldadura
sustituyó al atornillado y al remachado en la construcción de muchas estructuras, como
puentes, edificios y barcos. Es una técnica fundamental en la industria del motor, en la
aeroespacial, en la fabricación de maquinaria y en la de cualquier producto hecho con
metales.
El tipo de soldadura más adecuado para unir dos piezas de metal depende de las
propiedades físicas de los metales, de la utilización a la que está destinada la pieza y de
las instalaciones disponibles. Los procesos de soldadura se clasifican según las fuentes de
presión y calor utilizadas.
El procedimiento de soldadura por presión original es el de soldadura de fragua, practicado
durante siglos por herreros y artesanos. Los metales se calientan en un horno y se unen a
golpes de martillo. Esta técnica se utiliza cada vez menos en la industria moderna.
Soldadura ordinaria o de aleación
Método utilizado para unir metales con aleaciones metálicas que se funden a temperaturas
relativamente bajas. Se suele diferenciar entre soldaduras duras y blandas, según el
punto de fusión y resistencia de la aleación utilizada. Los metales de aportación de las
soldaduras blandas son aleaciones de plomo y estaño y, en ocasiones, pequeñas
cantidades de bismuto. En las soldaduras duras se emplean aleaciones de plata, cobre y
cinc (soldadura de plata) o de cobre y cinc (latón soldadura).
Para unir dos piezas de metal con aleación, primero hay que limpiar su superficie
mecánicamente y recubrirla con una capa de fundente, por lo general resina o bórax. Esta
limpieza química ayuda a que las piezas se unan con más fuerza, ya que elimina el óxido
de los metales. A continuación se calientan las superficies con un soldador o soplete, y
cuando alcanzan la temperatura de fusión del metal de aportación se aplica éste, que
corre libremente y se endurece cuando se enfría. En el proceso llamado de resudación se
aplica el metal de aportación a las piezas por separado, después se colocan juntas y se
calientan. En los procesos industriales se suelen emplear hornos para calentar las piezas.
Este tipo de soldadura la practicaban ya hace más de 2.000 años los fenicios y los chinos.
En el siglo I d.C., Plinio habla de la soldadura con estaño como procedimiento habitual de
los artesanos en la elaboración de ornamentos con metales preciosos; en el siglo XV se
conoce la utilización del bórax como fundente.
Soldadura por fusión
Agrupa muchos procedimientos de soldadura en los que tiene lugar una fusión entre los
metales a unir, con o sin la aportación de un metal, por lo general sin aplicar presión y a
temperaturas superiores a las que se trabaja en las soldaduras ordinarias. Hay muchos
procedimientos, entre los que destacan la soldadura por gas, la soldadura por arco y la
aluminotérmica. Otras más específicas son la soldadura por haz de partículas, que se
realiza en el vacío mediante un haz de electrones o de iones, y la soldadura por haz
luminoso, que suele emplear un rayo láser como fuente de energía.
Soldadura por gas:
La soldadura por gas o con soplete utiliza el calor de la combustión de un gas o una
mezcla gaseosa, que se aplica a las superficies de las piezas y a la varilla de metal de
aportación. Este sistema tiene la ventaja de ser portátil ya que no necesita conectarse a la
corriente eléctrica. Según la mezcla gaseosa utilizada se distingue entre soldadura
oxiacetilénica (oxígeno / acetileno) y oxihídrica (oxígeno / hidrógeno), entre otras.
Soldadura por arco:
Los procedimientos de soldadura por arco son los más utilizados, sobre todo para soldar
acero, y requieren corriente eléctrica. Esta corriente se utiliza para crear un arco eléctrico
entre uno o varios electrodos aplicados a la pieza, lo que genera el calor suficiente para
fundir el metal y crear la unión.
La soldadura por arco tiene ciertas ventajas con respecto a otros métodos. Es más rápida
debido a la alta concentración de calor que se genera y por lo tanto produce menos
distorsión en la unión. En algunos casos se utilizan electrodos fusibles, que son los
metales de aportación, en forma de varillas recubiertas de fundente o desnudas; en otros
casos se utiliza un electrodo refractario de volframio y el metal de aportación se añade
aparte. Los procedimientos más importantes de soldadura por arco son con electrodo
recubierto, con protección gaseosa y con fundente en polvo.
Soldadura por arco con electrodo recubierto
En este tipo de soldadura el electrodo metálico, que es conductor de electricidad, está
recubierto de fundente y conectado a la fuente de corriente. El metal a soldar está
conectado al otro borne de la fuente eléctrica. Al tocar con la punta del electrodo la pieza
de metal se forma el arco eléctrico. El intenso calor del arco funde las dos partes a unir y la
punta del electrodo, que constituye el metal de aportación. Este procedimiento,
desarrollado a principios del siglo XX, se utiliza sobre todo para soldar acero.
Soldadura por arco con protección gaseosa
Es la que utiliza un gas para proteger la fusión del aire de la atmósfera. Según la
naturaleza del gas utilizado se distingue entre soldadura MIG, si utiliza gas inerte, y
soldadura MAG si utiliza un gas activo. Los gases inertes utilizados como protección suelen
ser argón y helio; los gases activos suelen ser mezclas con dióxido de carbono. En ambos
casos el electrodo, una varilla desnuda o recubierta con fundente, se funde para rellenar la
unión.
Otro tipo de soldadura con protección gaseosa es la soldadura TIG, que utiliza un gas
inerte para proteger los metales del oxígeno, como la MIG, pero se diferencia en que el
electrodo no es fusible; se utiliza una varilla refractaria de volframio. El metal de aportación
puede suministrarse acercando una varilla desnuda al electrodo.
Soldadura por arco con fundente en polvo
Este procedimiento, en vez de utilizar un gas o el recubrimiento fundente del electrodo
para proteger la unión del aire, usa un baño de material fundente en polvo donde se
sumergen las piezas a soldar. Se pueden emplear varios electrodos de alambre desnudo y
el polvo sobrante se utiliza de nuevo, por lo que es un procedimiento muy eficaz.
Soldadura aluminotérmica
El calor necesario para este tipo de soldadura se obtiene de la reacción química de una
mezcla de óxido de hierro con partículas de aluminio muy finas. El metal líquido resultante
constituye el metal de aportación. Se emplea para soldar roturas y cortes en piezas
pesadas de hierro y acero, y es el método utilizado para soldar los raíles o rieles de los
trenes.
Soldadura por presión
Agrupa todos los procesos de soldadura en los que se aplica presión sin aportación de
metales para realizar la unión. Algunos métodos coinciden con los de fusión, como la
soldadura con gases por presión, donde se calientan las piezas con una llama, pero
difieren en que la unión se hace por presión y sin añadir ningún metal. El procedimiento
más utilizado es el de soldadura por resistencia; otros son la soldadura por fragua
(descrita más arriba), la soldadura por fricción y otros métodos más recientes como la
soldadura por ultrasonidos.
Soldadura por resistencia
Se realiza por el calentamiento que experimentan los metales debido a su resistencia al
flujo de una corriente eléctrica (efecto Joule). Los electrodos se aplican a los extremos de
las piezas, se colocan juntas a presión y se hace pasar por ellas una fuerte corriente
eléctrica durante un instante. La zona de unión de las dos piezas, como es la que mayor
resistencia eléctrica ofrece, se calienta y funde los metales. Este procedimiento se utiliza
mucho en la industria para la fabricación de láminas y alambres de metal, y se adapta muy
bien a la automatización.
Templabilidad:
Proceso de baja temperatura en el tratamiento térmico del material, especialmente el acero,
con el que se obtiene el equilibrio deseado entre la dureza y la tenacidad del producto final.
Las piezas de acero endurecidos se calientan a una temperatura elevada, pero bajo el punto
de fusión del material. Luego se enfrían rápidamente en aceite o en agua para lograr un
material más duro, con menos estrés interno, pero más frágil. Para reducir la fragilidad, el
material pasa por un recocido que aumenta la tenacidad y disminuye su dureza,
Para obtener el equilibrio adecuado entre dureza y tenacidad, deben controlar la
temperatura de recalentamiento y la duración de este. La templabilidad depende de la
facilidad del acero para evitar la transformación de la perlita (constituyente microscópico de
las aleaciones férricas, formado por ferrita y cementita) o de la barrita de modo que pueda
producirse martensita ( hierro tetragonal de cuerpo centrado con carbono en solución sólida
sobresaturada).
Mister Wong
Portal para Investigadores y Profesionales
