Escuela Superior Politécnica del Litoral Facultad de Ingeniería Mecánica y Ciencias de la Producción (FIMCP) Procesos de Manufactura PM-P2-D2 Profesor: Ing. Julián Peña Fecha: 2021-06-01 GRUPO 8 Integrantes: • Cajas Córdova, Ricardo Daniel • Pereda Ordinola, Kimberly Romina • Díaz Quezada, Miguel Bismark 1. Describa en una línea de tiempo como se desarrolló la Revolución industrial del Acero. 1709 1828 1856 •Abraham Darby usa coque para hacer hierro en barras •James Beaumont Neilson mejora la construcción del alto horno. •Henry Bessemer desarrolla el convertidor de oxígeno básico para fabricar acero. 1740 1783 1870 • Benjamin Huntsman redescubre el acero •Henry Cort inventa un nuevo y mejorado método para producir hierro forjado. También desarrolla una nueva forma de hacer barandillas de hierro forjado. •Percy Gilchrist y S.G. Thomas adaptan el proceso de Bessemer para adaptarse a los minerales fosfóricos. 1754 1779 •La primera laminadora de hierro para fabricar hierro forjado se inauguró en Foreham,Hampshire. •Abraham Darby III construye el primer puente de hierro en Coalbrookdale. 1762 1770 •Matthew Boulton establece una fabrica de hierro utilizando coque como combustible,en Birmingham. •El hierro remplaza por completo al uso de madera como material para fabricar máquinas industriales. 2. Defina un concepto para los siguientes enunciados: a. Operaciones de ensamblado Son todas aquellas operaciones de unión de varias partes y subensamblajes diseñados geométricamente para formar un todo. b. Procesos de Manufactura Son los procesos de convertir materias primase n productos y también comprende las actividades en que el propio producto fabricado se utiliza para elaborar otros productos. c. Capacidad de manufactura La capacidad de manufactura es la cantidad máxima de operaciones de manufactura que se pueden producir. d. Diagrama PITOC Es un diagrama esquemático del proceso de manufactura que incluye desde la materia prima hasta el producto elaborado. 3. Mencione los diferentes procesos de conformado para metales Los diferentes procesos de conformado para metales son: Proceso Característica Plano Laminado De forma Forjado Extrusión Estirado Formado de hojas metálicas Metalurgia de polvos Producción de placas planas, hojas y hojas delgadas a altas velocidades; buen acabado superficial, en especial el laminado en frío. Producción de formas estructurales, requiere rodillos de forma y equipos costosos. Producción de partes discretas con un juego de matrices, se realizan a temperaturas elevadas. Producción de tramos largos de formas sólidas o huecas con sección transversal constante; eventualmente se corta el producto a la longitud deseadas, se realiza a temperaturas elevadas. Producción de barra y alambre largos con diferentes secciones transversales Producción de una gran variedad de formas con paredes delgadas. Producción de formas simples o complejas mediante compactado y sintetizado de polvos metálicos. 4.Mencione los diferentes procesos de conformado de los polímeros. Proceso Extrusión y soplado Inyección Termoformado Calandrado Compresión Característica Conformado en frío o caliente con inyección de aire a presión en una preforma o probeta Conformado en caliente, Material plástico granulado alimenta a un tornillo sinfín el cual transporta el polímero caliente hacia la tobera de inyección. Conformado en caliente, se obliga a cubrir la cavidad interior del molde y adoptar la configuración de la matriz. Conformado en caliente o en frío, El compuesto plástico se pasa a través de tres o cuatro rodillos giratorios con caldeo. El polímero es introducido en un molde abierto al que se aplica presión y calor para que se adopte la forma de la matriz 5.Mencione los diferentes procesos de conformado de los cerámicos. Proceso Característica Fundición o vaciado deslizante Formado plástico Prensado plástico Extrusión Se vacía una suspensión de polvos cerámicos dentro de un molde poroso generalmente de yeso. Manipulación de la masa de arcilla plástica a fin de darle la forma deseada. Pueden ser manuales o mecanizados. El pedazo de arcilla plástica se prensa entre un molde inferior y otro superior contenidos en un arillo metálico. Producir secciones largas de sección transversal uniforme a la longitud requerida. 6.Mencione los procesos de conformado de materiales compuestos. manual molde abierto automatizada compresión molde cerrado fibras continuas bobinado de filamentos transferencia de resina pultrusión otros enrollado de tubo molde abierto Aspersión Procesos Compresión fibras cortas molde cerrado Transferencia Inyección Vaciado Centrífugo otros Laminado continuo 7.Describa condiciones o criterios a tomar en consideración al momento de seleccionar un material. Propiedades Químicas Propiedades Físicas Oxidación Combustión Reducción Reactividad Química Punto de Ebullición Dureza Densidad Tenacidad Color Maleabilidad 8.Establezca las etapas básicas en el proceso de manufactura de cualquier producto. Materia prima Procesos de manufactura Formado Mejora de propiedades Procesamiento superficial Operaciones de ensamble Unión permanente Ensamble Mecánico 9.Según su criterio: ¿Por qué una empresa en donde se lleva a cabo un proceso de manufactura se divide en varios sectores o departamentos? Porque a pesar de que la actividad principal que se realice sea un proceso de manufactura, para que este se lleve a cabo en optimas condiciones es necesario contar con una buena materia prima, la cual no lo consiguen ni los operadores de las máquinas ni los jefes de procesos, también se necesitan dar mantenimiento a la máquina por lo que se necesita un departamento de mantenimiento. Finalmente, el proceso se debe realizar con el fin de que sea rentable económicamente de lo cual se encargaría la administración financiera de la empresa. 10. Industria: ¿Cómo se puede sectorizar en base a sus procesos de manufactura? Como se observa en el organigrama de la pregunta 7, los procesos de manufacturas pueden ser sectorizados de acuerdo al tipo de propiedades que se le quiera dar al material y en que instancias del procesamiento se encuentre este, por lo que estos sectores serían: el sector de Formado que incluye a todos los procesos que le dan diferentes formas a el material, luego tenemos el sector de mejora de propiedades el cual consistiría en darle durabilidad, color y demás características que harán al producto cumplo su cometido. Finalmente tendríamos el sector de procesamiento superficial, el cual se encargaría de ultimar detalles mayoritariamente estéticos del producto. 11. Mencione un producto ingenieril, de su preferencia, y analice los procesos de manufactura que se realizaron para su conformado. Anillo forjado sin unión. Materia prima: cilindro de acero macizo. Ablandado del acero en el horno Costra superior es retirada con mediante cadenas Prensado paa retirada de costra lateral Perforado Enfriamiento Apilado Grabado Rodado del anillo Horneado Templado Acabado superficial 12. Defina conceptos de los siguientes tópicos para una planta: a. Producción limitada: la cantidad de producción anual es baja, de 1 a 100 unidades. Los productos que se fabrican son en bajas cantidades y especializados. b. Producción moderada: la cantidad de producción es media, de 100 a 10000 unidades anuales. c. Producción masiva: la cantidad de producción es alta, de más de 10000 unidades al año. 13. Según su criterio: ¿Cómo está relacionado la producción de alimentos a con los procesos de manufactura? La industria alimenticia, parte de una industria primaria, ya necesita de la agricultura que cultiva y explota los recursos naturales, para obtener los alimentos. Sin embargo, la industria alimenticia, es una industria secundaria, ya que se fundamenta en la manufactura de dichos productos, debe ser procesados, utilizando maquinarias y energía en una planta, así como el trabajo del operario, produciendo transformaciones en la materia prima que aumentan el valor del producto alimenticio. De esta forma, mediante la manufactura, obtenemos un bien que será distribuido al consumidor. 14. Clasifique los siguientes procesos en función del estado de la materia prima y sus propiedades. a. Forja con martinete. b. Compactación de polvos. c. Fundición en arena d. Procesos de oxicorte. e. Extrusión de plástico. Estado de la materia prima Proceso Forja con martinete Sólido Compactación de polvos Procesos de oxicorte Fundición en arena Líquido Extrusión de plástico Propiedades Se lleva a cabo con materiales metálicos que puedan a temperatura cercana a la de fusión. El metal debe tener alta resistencia a la compresión. La arena se encuentra en estado sólido y debe tener buenas propiedades refractarias, es decir, soportar temperaturas altas sin fundirse o sufrir degradación. Es un proceso de corte por oxidación para aceros de baja aleación, que es llevado a una temperatura aproximada de 900°C. Puede usarse en casi cualquier aleación, ya que puede usar materiales con puntos de fusión elevados. Es versátil ya que permite producir piezas de muchos tamaños y en grandes cantidades. En ocasiones necesita un tratamiento térmico adicional para mejorar sus propiedades. El polímero fundido es un fluido de alta viscosidad, espeso y viscoelástico. 15. ¿Cuáles son las dos subclases de procesos de ensamble? Proporcione un ejemplo de proceso de cada subclase. Ensamble mecánico: sujetadores roscados de una junta. Unión permanente: soldadura de ensamble robótico. 16. Defina las propiedades que deben tener las aleaciones ferrosas y que procesos recomienda emplear para obtenerlos. Aleaciones Propiedades ferrosas Proceso de obtención Hierro fundido Compuestas por hierro, carbono (entre 2.11% a 4.5%) y silicio (hasta 3.5%). Fundición gris: ductilidad despreciable, baja resistencia a la tensión, alta resistencia a la compresión, capacidad de amortiguar vibraciones. Hierro dúctil: dúctil y resistente al impacto. Hierro fundido blanco: muy duro, resistente al desgaste, frágil. Hierro maleable: dúctil, resistente y resistente al impacto. Hierros de aleaciones fundidas: clasificados como 1) tratables térmicamente, 2) resistes tes a la corrosión, 3) resistentes al calor. 1. Se coloca la carga mineral, coque y caliza en el alto horno. 2. La carga desciende y se calienta 1650°. 3. Combustión de coque con CO, H2, CO2, H2O, N2, O2 y combustible. 4. Goteo del hierro fundido. 5. Recolección del hierro de primera fundición o arrabio. 6. Se coloca la carga de arrabio y chatarra en el cubilote. 7. Combustión del coque combustible. 8. Reacción del fundente (caliza) con el coque, produce escoria. 9. Calentado de la mezcla y formación de la fundición de hierro. 10. Recolección del hierro fundido. Acero Su punto de fusión es elevado, mayor a otros metales. Alta temperatura para vertido. Se oxida con rapidez a alta temperatura. Resistencia a la tensión alta (410 MPA aprox.) Alta tenacidad. Es isotrópico. Facilidad de soldado. 1. El arrabio se lleva al BOF en carros cuchara de hierro caliente. 2. Se agrega 30% de carga de chatarra de acero. 3. Soplado, se introduce le lanceta de oxígeno para combustión y calentamiento del metal. 4. Refinado del material para obtener el porcentaje de carbono deseado. 4. Extracción del acero fundido. 5. Vaciado de la escoria. 17. Mencione 4 ejemplos distintos de aleaciones ferrosas y donde se usan. Hierro fundido gris: monobloques de motores, engranajes, discos y tambores de frenos, bastidores de máquinas. Hierro nodular: cigüeñales, engranajes de uso pesado. Hierro fundido blanco: molinos, boquillas para granallado, zapatos de freno de ferrocarril, trituradoras y pulverizadoras. Hierro fundido maleable: Maquinaria agrícola y de construcción, rodamientos de uso pesado, material rodante para ferrocarriles. 18. En la elaboración de un pistón, qué criterios deben tener en cuenta al momento de elaborar cada una de sus partes. (Acabados, tratamientos, etc.). • Consideraciones para cada una de las partes del pistón. Cabeza: debe tener alta resistencia mecánica y buena conductividad térmica. La zona de segmentación: contiene los alojamientos o cajas donde se sitúan los anillos de compresión, de los cuales uno lubrica la falda del pistón. La ranura de los anillos de lubricación tiene orificios que conectan con el interior y transporta lubricante. Zona de alojamiento del perno: debe tener la mayor resistencia, está sometida a la fuerza transmitida a la biela. Falda del pistón: es la parte inferior que guía la parte superior. Para evitar su dilatación en las tres dimensiones, se le da una forma cónica o bombeada (tomando la sección vertical), con menor diámetro en la parte alta. • Consideraciones generales. Los pistones están hechos de aleaciones, aluminio cobre, aluminio cobre níquel hierro y aluminio silicio. Principalmente, se someten a proceso de templado. El pistón suele tener acabado basto, debido a que esto permite que el lubricante se aloje en las ranuras; adicionalmente, la superficie del pistón es rectificada, para que la superficie del cilindro obtenga hélices entrecruzadas de 120°. Los pistones cuentan con un tratamiento superficial adicional para mejorar su desplazamiento, que consiste en depositar mediante inmersión una fina capa de estaño o plomo. También es empleado polvo de grafito. https://www.uaeh.edu.mx/scige/boletin/sahagun/n3/e1.html 19. Desarrollar el diagrama de flujo de los procesos de manufactura de los siguientes productos. a. Obtención de tuberías de acero galvanizado. Preparación de acero redondo Calefacción Perforación en caliente Cortado Decapado Procesamiento final Corrección de planitud Galvanizado Tratamiento térmico Alcarado del decapado Inspección y pruebas del producto b. Obtención de baldosas cerámicas Preparación de materias primas Molturación mecánica Atomización de la materia prima Descarga en el silo Prensado Clasificación Cocción Decoración Esmaltado Secado Embalado c. Obtención de perfiles de aluminio para edificaciones Obtención de la materia prima, aluminio Precalentamient o del tocho y la matriz Cortado del tocho Aplicación de nitruro de boro Prensado por extrusión Introducción en horno de maduración Cortado Estiramiento y enderezamiento Enfriamiento del perfil Obtensión de forma deseada Acabado d. Construcción de un ladrillo refractario Obtención de la materia prima, arcillas, alumina y sílice Triturado Cribado y triturado Mezclado del polvo con agua Amasado Cortado Perforado del ladrillo Seccionado Cepillado Extrusión Apilado Secado Cocido Inspección Almacenado 20. Soldadura Eléctrica: Desarrolle un Diagrama PITOC para la fabricación de los electrodos. Proveedores Input Transformaciones Output Cliente Los proveedores del rollo de alambre para electrodos, metales y materiales en polvo y el colorante. Núcleo del electrodo: alambre de metal, carbono o acero inoxidable. Revestimiento: níquel, manganeso, hierro en polvo, alúmina, magnesio y piedra caliza. Colorante. El alambre se deforma dejándolo recto. El alambre se corta. Mezclado de los materiales del revestimiento formando arena húmeda. Compresión del polvo en un cilindro. Extrusión del cilindro. Prensado del alambre. Revestimiento del alambre en extrusora. Lijado inferior y biselado de la punta. Secado a temperatura ambiente 72 horas. Calentamiento del electrodo a 485 por 5 horas. Prensado de impresión y coloreado de la punta. Electrodos embalados en botes de cartón bien apretados, sellados y con el contenido identificado. Empresas o particulares que cuentan con equipos de soldadura. 21. Mencione los diferentes tipos de tratamientos que se le puede dar a un material y que beneficios le otorga al mismo. Existen tres tipos de tratamientos: • • • Térmicos Termoquímicos Tratamientos mecánicos Tratamientos térmicos: Producen cambios en las propiedades mecánicas de los materiales, es decir, aumentan la resistencia de tracción y la dureza sin alterar su composición química. Tratamientos termoquímicos: Provocan el aumento de resistencias y la dureza de la superficie exterior de las piezas, manteniendo el núcleo de las mismas con las propiedades iniciales. Tratamientos mecánicos: Mejoran las características de los metales por deformación mecánica. 22. Examine algunos de los productos que tiene usted en casa, que estén fabricados con materiales de ingeniería. Discuta los procesos por medio del cual usted considera que se fabricaron. Indique 5 productos. Por ejemplo, en la cocina, o en la sala o en el dormitorio u objetos de aseo personal. • • • • • Mesón (fabricado con mármol) Espejo (fabricado con vidrio) Mesa (fabricado con madera) Lavamanos (fabricado con mármol) Cocina (fabricado con aluminio) 23. Analice la siguiente situación, se le plantea construir una jacuzzi en el patio trasero de una vivienda. ¿qué necesita tomar en cuenta al momento de plantear los materiales a utilizar? Tomar en cuenta la zona donde se lo colocará, el suministro de agua, etc. Es importante que la vivienda cumpla con determinadas condiciones de espacio y construcción, además de contactar a los especialistas adecuados quienes lo podrán asesorar antes y después de la compra. También es muy importante comprobar que los materiales sean durables a largo plazo y de fácil limpieza. Como en todas las compras, un mayor gasto en este sentido significa una mejor inversión a futuro. Para proceder con este proceso primero hay que crear una base, luego de esto se debe montar la tubería, cada tubería debe de tener su respectiva batería, luego se coloca la malla que soportará el concreto y las tuberías del jacuzzi, después de eso se puede finalizar con todos los detalles correspondientes. 24. Definición de siderurgia y defina el proceso de obtención del acero. Se trata del proceso que consiste en la extracción y la utilización de hierro (el elemento químico cuyo número atómico es 26). A través de la siderurgia se pueden conferir diversos tratamientos al hierro para conseguir distintas aleaciones y tipos de minerales. En la naturaleza, el hierro puede encontrarse como sulfuro, silicato, carbonato, hidróxido u óxido. La primera etapa de este proceso consiste en la extracción en las minas de los distintos minerales que contienen hierro. En ellas el mineral, al que llamaremos mena, se encuentra formando parte de las rocas, las cuales además de la mena contienen componentes no útiles llamados gangas. Ambas partes deben ser separadas, para lo que habitualmente se pueden emplear dos métodos: • • Imantación: en primer lugar, se tritura la roca y se hace pasar por un campo magnético aquellos productos que contengan hierro se separarán de las otras rocas. Separación por densidad: una vez triturada, la roca se sumerge en agua. Al tener la mena distinta densidad que la ganga, ésta se separa del mineral de hierro. 25. Mencione 3 productos siderúrgicos y como fueron elaborados. -Fundición: Son aleaciones hierro-carbono con contenidos de entre el 1.7 al 6.7% de carbono. -Hierros: reciben este nombre los aceros extra suaves con 0.05 a 0.15% de carbono. -Aceros: son aleaciones con menos del 2% de carbono. De carácter maleable, templan bien debido a que su contenido de carbono supera el 0,25%. 26. ¿qué es el proceso de manufactura aditiva? ¿para qué se puede emplear la manufactura aditiva? Enliste tres ejemplos de productos fabricados por manufactura aditiva. Es impresión en 3D. En lugar de moldear una pieza o mecanizarla, la manufactura aditiva involucra tecnologías que funden el material, algunas veces usando un láser en el caso de los metales, con el fin de construir una pieza capa por capa. Se emplean ya que las piezas son construidas, en vez de ser mecanizadas o moldeadas. La manufactura aditiva hace posible producir formas y geometrías que tal vez no serían posibles mediante ningún otro proceso. Ejemplos: • • • Impresión 3D en la automoción. LA impresión 3D en la medicina. Impresión 3D en el diseño. 27. Describa el proceso de difusión térmica para materiales de galvanizado en caliente. El Galvanizado por Difusión Térmica (TGD), extiende la vida útil en ambientes corrosivos de las partes, piezas y accesorios de líneas eléctricas, resultando muy superior al recubrimiento utilizando el tratamiento de Galvanización en Caliente. Las partes, piezas y accesorios de líneas eléctricas tratadas con TGD, reducen el coste de propiedad, especialmente en ambientes de alta salinidad como ambientes costeros o industriales. Principales características y beneficios del Galvanizado por Difusión Térmica ARMORGALV: • • • • Alta resistencia a la corrosión y a la abrasión. Recubrimiento duro, no magnético, soldable y sin Impurezas. A prueba de virutas y susceptible de engarzar, doblar y formar. Temperatura de trabajo altamente resistente al calor a 1200F 28. Defina metalurgia en polvos y mencione dos procesos en los que se aplican. La metalurgia de polvos (pulvimetalurgia) es un proceso alterno para la fabricación de piezas con geometrías complejas y/o metales con altos puntos de fusión, así como mezclas de metales con diferencias altas entre sus temperaturas de fusión. Este proceso permite controlar la porosidad de las piezas, y obtener una composición homogénea; lo a su vez permite mantener una conductividad eléctrica y térmica constante (propiedades físicas constantes en general). La obtención de piezas mediante metalurgia en polvos requiere varios procesos: • • • • • Mezcla de polvos Prensado de piezas Proceso de unión de las partículas: Pre-sinterizado / Sinterizado / Infiltrado Dimensionado/ Acabado final. Inspección de calidad (En procesos intermedios y final) 29. Compare el proceso de difusión térmica entre metales, polímeros y metales. La difusividad térmica, en los problemas de transferencia de calor, es el valor obtenido al dividir la conductividad térmica de un cierto material dividida entre el producto del valor de su densidad y la capacidad calorífica específica del mismo. En unidades del sistema internacional se expresa como m²/s, siendo habitual emplear el cm²/s. Es un índice que expresa la velocidad de cambio, y flujo de temperaturas, en un material hasta que alcanza el equilibrio térmico. 30. Explique el fenómeno que sucede entre el material base y la capa de galvanizado de un material recubierto. El fenómeno que se presenta es la corrosión, que es un proceso electroquímico el cual ocurre bajo la presencia de cuatro elementos: un ánodo que provee electrones, un cátodo que recibe electrones, un electrólito (usualmente una solución de ácidos, bases o sales) y un paso de corriente. Consiste en un recubrimiento metálico de zinc que se aplica por vía electrolítica. Como es sabido el zinc es el componente más utilizado para el recubrimiento de piezas de acero tanto por su capacidad anticorrosiva como por su versatilidad y precio. Se obtiene así una capa con un reparto excelente y homogéneo. Referencias [1] «The Open Door Web Site,» [En línea]. Available: https://www.saburchill.com/history/chapters/IR/036.html. [2] L. T. C. L. M. Diego Rodriguez, 2011. [En línea]. Available: https://d1wqtxts1xzle7.cloudfront.net/35263326/TRABAJO_FINAL_PROCESOS_INDUSTR IALES.pdf?1414152497=&response-contentdisposition=inline%3B+filename%3DUNIVERSIDAD_CATOLICA_DE_COLOMBIA_FAC ULTA.pdf&Expires=1622519810&Signature=RdRnIqBcGw2QXXpOCSBIpCYoTvAumwjP. [3] S. Kalpakjian y S. R. Schmid, Manufactura,Ingeniería y Tecnología, Pearson. [4] M. P. Groover, Fundamentos de Manufactura moderna, McGrawHill. [5] Metallica, «A Complete guide of galvanizing,» [En línea]. Available: https://www.steelpipesfactory.com/galvanizing-process-of-steel-materials/. [6] Gayafores, «Procesos de producción de cerámica en las instalaciones ayafores,» 3 Noviembre 2015. [En línea]. Available: https://www.youtube.com/watch?v=0oqUHPrvORU. [7] AluvalSL, «La extrusión del aluminio,» 24 Mayo 2014. [En línea]. Available: https://www.youtube.com/watch?v=MG3Ls7jrr2o. [8] Productions MAJ, Inc, «Así se hace: Anillo forjado sin unión,» 17 Julio 2019. [En línea]. Available: https://www.youtube.com/watch?v=SvTperZVxM&list=PLyNqakpCO2p2T7lnQ5Gm29y3dio4PAICs&index=43. [9] Productions MAJ, Inc, «Así se hace: ladrillos,» 14 Septiembre 2002. [En línea]. Available: https://www.youtube.com/watch?v=K6pPjtG3nbM. [10] V. Hernández, R. Cruz, O. Tinajero, I. Harris, O. Morales, C. Aguilar, O. Aguilar, M. Alfaro y Z. J. L. S. , «Consideraciones en el diseño de pistones para motores a cuatro tiempos,» [En línea]. Available: https://www.uaeh.edu.mx/scige/boletin/sahagun/n3/e1.html#refe2.
