Subido por jovani gutierrez

proceso de manufactura tema 1

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Procesos de Manufactura
Avanzada
Unidad 1.
Introducción a la manufactura
avanzada
1.1 Análisis de operación maquinado.
Definición.
La palabra manufactura se deriva de las palabras latinas manus (manos) y
factus (hacer); esta combinación de términos significa hacer con las manos;
como campo de estudio en el contexto moderno, puede definirse de dos
maneras: tecnológica y económica.
Tecnológicamente es la aplicación de procesos químicos y físicos que alteran la geometría,
las propiedades, o el aspecto de un determinado material para elaborar partes o productos
terminados. La manufactura se realiza casi siempre como una sucesión de operaciones. Cada
una de ellas lleva al material cada vez más cerca del estado final deseado.
Económicamente, la manufactura es la transformación de materiales en artículos de mayor
valor, a través de una o más operaciones. El punto clave es que la manufactura agrega valor al
material original, cambiando su forma o propiedades, o al combinarlo con otros materiales
que han sido alterados en forma similar. El material original se vuelve más valioso mediante
las operaciones de manufactura que se ejecutan sobre él.
La manufactura es una actividad compleja que comprende una amplia
variedad de recursos y actividades, como las siguientes:
• Diseño del producto.
• Maquinaria y herramienta.
• Planeación del proceso.
• Materiales.
• Compra.
• Manufactura.
• Control de la producción.
• 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 diseño,
especificaciones y normas.
2.- Un producto debe manufacturarse mediante los métodos más
económicos y amigables con el medio ambiente.
3.- La calidad debe integrarse al producto en cada etapa, desde el
diseño hasta el ensamblado, en vez de confiar sólo en las pruebas de
calidad después de haberlo manufacturado.
4.- En el muy competitivo ambiente actual, los métodos de producción
deben ser lo suficientemente flexibles para responder a las cambiantes
demandas del mercado, a los tipos de productos y a las capacidades de
producción, a fin de asegurar una entrega oportuna al cliente.
5.- Los continuos desarrollos en materiales, métodos de producción e
integración a las computadoras, tanto de las actividades tecnológicas
como de las administrativas en una organización manufacturera, deben
evaluarse constantemente con miras a su implantación apropiada,
oportuna y económica.
6.- Las actividades de manufactura deben verse como un gran sistema, cuyas
partes se relacionan entre sí en grados variables. Estos sistemas se pueden
modelar para estudiar el efecto de factores como los cambios en las demandas
del mercado, el diseño del producto, los materiales y los métodos de
producción tanto en la calidad como en el costo de los productos.
7.- El fabricante debe trabajar con el cliente para obtener una
retroalimentación oportuna y conseguir así una mejora continua del producto.
8.- Una organización manufacturera debe luchar constantemente por obtener
mayores niveles de productividad, que se define como el uso óptimo de todos
sus recursos: materiales, máquinas, energía, capital, mano de obra y
tecnología. Debe maximizarse la producción por empleado por hora en todas
las fases.
Pasos comprendidos en el diseño y
la manufactura de un producto
Pasos comprendidos en el diseño y
la manufactura de un producto
Ingeniería Concurrente
Todas las disciplinas se involucran en las primeras etapas del
diseño, para que en las iteraciones, que ocurren naturalmente,
haya un menor desperdicio de esfuerzos y de tiempo.
Reduce:
(a) Los cambios en el diseño y la ingeniería de un producto.
(b) El tiempo y los costos comprendidos en llevarlo desde su
diseño conceptual hasta su producción e introducción en el
mercado.
Un producto bien diseñado es:
• Funcional (diseño).
• Bien manufacturado (producción).
• Bien empacado (para que llegue a salvo al usuario final o al cliente).
• Durable (funciona efectivamente para el propósito 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).
Selección del proceso de manufactura adecuado
FACTORES DE COSTO. Cuando se analizan diferentes alternativas para
fabricar una pieza, o para efectuar un proceso, aparecen factores de costo
variables, que se relacionan entre sí en mayor o menor grado y afectan el
costo total de cada pieza, estos son:
• Materiales: El costo de los materiales es un factor importante cuando los
procesos a evaluar incluyen el empleo de diferentes cantidades o formas
de materiales alternativos. Además, el rendimiento y las pérdidas por
desperdicios pueden llegar a tener una gran influencia en el costo de los
materiales.
Selección del proceso de manufactura adecuado
• Mano de obra directa: En general, los costos de la mano de obra directa
se determinan por:
- El proceso de manufactura en sí.
- La complejidad del diseño de la pieza o el producto.
- La productividad de los empleados.
- Requisitos de acabado y tolerancias dimensiónales.
- Número de operaciones de manufactura para terminar la pieza o
producto.
Selección del proceso de manufactura adecuado
Es importante anotar que cuando aumenta el número de operaciones:
- Crecen los costos indirectos.
- Hay más probabilidades de errores dimensionales acumulativos.
- Se requiere más preparación de herramientas.
- Aumentan los desperdicios y el “retrabajado”.
- La programación del taller se vuelve más compleja.
Selección del proceso de manufactura adecuado
• Mano de obra indirecta: Cuando se evalúa el costo de métodos y
diseños alternativos para producción, es importante la mano de obra para
preparación, inspección, manejo de materiales, afilado y reparación de
herramientas y mantenimiento de máquinas y equipos.
• Herramientas especiales: Dispositivos como las matrices, troqueles,
moldes, modelos, calibradores y otros, son un factor de costo importante
cuando se inicia la manufactura de piezas nuevas o se introducen grandes
cambios en los productos existentes. Un gran volumen de producción
justifica fuertes inversiones en herramientas especiales.
Selección del proceso de manufactura adecuado
• Consumibles (herramientas y suministros de corta duración):
Elementos como brocas, buriles, fresas, ruedas de amolar, limas,
cuchillas, machuelos, rimas etc. y los suministros como lija de esmeril,
solventes, lubricantes, fluidos para limpieza, sales, polvos, trapos para
limpieza, cinta adhesiva, compuestos para pulir, etc.
• Servicios generales: En general, el costo de la energía eléctrica, gas,
vapor, refrigeración, calefacción, agua, aire comprimido y otros, se
considera como parte de los gastos de manufactura, pero esos costos se
deben calcular en forma específica cuando se emplean ampliamente
durante un proceso de manufactura determinado.
Selección del proceso de manufactura adecuado
• Capital invertido: Cuando se va a iniciar la producción de una nueva
pieza o producto, se debe tener en cuenta la disponibilidad de espacio,
máquinas, equipo e instalaciones auxiliares junto con la inversión de
capital requerida para métodos alternos.
• Otros factores. Los costos de empaque, embarque, servicio y
mantenimiento imprevisto, así como tolerancias para “retrabajar” y
desperdicio, en ocasiones deben incluirse en el momento de hacer
comparaciones de procesos.
Clasificación de los procesos de manufactura
Los procesos de manufactura pueden dividirse en operaciones de
procesamiento y operaciones de ensamble.
OPERACIONES DE PROCESAMIENTO. Una operación de
procesamiento transforma un material de trabajo de una etapa a otra más
avanzada, que lo sitúa cerca del estado final deseado para el producto.
OPERACIONES DE ENSAMBLE. Las operaciones de ensamble
pretenden lograr una pieza nueva, en algunos casos de mayor complejidad,
como producto de la unión de piezas sencillas. Hay muchas maneras de
lograr conjuntos, los procesos más importantes son los de soldadura, las
uniones mecánicas y, la utilización de adhesivos.
Clasificación de los procesos de manufactura
Las operaciones de procesamiento las podemos clasificar de la siguiente
manera:
• Procesos de fundición.
• Procesos de deformación volumétrica.
• Procesos de conformado de lámina.
• Procesos convencionales de maquinado.
• Procesos de maquinado no tradicional.
• Metalurgia de polvos.
• Procesos de mejora de propiedades.
Fundición de metales
Conjunto de operaciones que permite dar forma a los materiales metálicos
mediante su fusión, colado sobre molde apropiado y posterior
solidificación dentro de él. Los procesos de fundición se pueden clasificar
de la siguiente manera:
a) Fundición con arena
b) Fundición en molde permanente
c) Fundición por centrifugación
d) Fundición en molde de yeso
e) Fundición en molde de cerámica
f) Fundición a presión
Procesos de deformación volumétrica
En los procesos de deformación volumétrica se usa la deformación plástica
para cambiar la forma de las piezas metálicas. La deformación resulta del
uso de una herramienta que usualmente es un dado para formar metales, el
cual aplica esfuerzos que exceden la resistencia a la fluencia del metal. Por
tanto, el metal se deforma para tomar la forma que determina la geometría
del dado. Se pueden clasificar de la siguiente manera:
a) Estirado
b) Forjado
c) Laminado
d) Extrusión
e) Doblado de tubos y perfiles
Procesos de conformado de lámina
Los procesos de trabajo con láminas metálicas son operaciones de formado
o preformado de láminas de metal, tiras y rollos. La mayoría de los
procesos de trabajo de láminas metálicas se llevan a cabo en prensas; estos
procesos se conocen como operaciones de troquelado.
Troquelado
convencional
- Punzonado
- Doblado
- Embutido
- Acuñado
- Estampado
- Repujado
Troquelado para bajos volúmenes
de producción
- Cizallado
- Recorte en ángulo
- Punzonado de extremos
- Cizallado rotatorio
- Doblado en máquina dobladora
- Doblado en prensa de cortina
- Punzonado con torreta
Troquelado fino
- Achaflanado (interno
o externo).
- Doblado (laterales,
lengüetas, salientes,
etc.)
Procesos convencionales de maquinado
Habitualmente denominados procesos de mecanizado, se caracterizan por la obtención de la
geometría final de la pieza mediante la eliminación del material sobrante de una preforma de
partida. La eliminación de material se realiza fundamentalmente por medios mecánicos,
utilizando herramientas de corte que son más duras y más fuertes que el metal de trabajo. Los
procesos convencionales de maquinado los podemos clasificar así:
•
•
•
•
•
•
•
•
a) Torneado (cilindrado, refrentado, roscado, cajeado o rasurado, taladrado, moleteado)
b) Fresado
c) Procesos para maquinar agujeros (Taladrado, Rimado, Ensanchado)
d) Esmerilado (de superficies planas, cilíndrico)
e) Brochado
f) Cepillado
g) Aserrado
h) Machuelado y tarrajado
Metalurgia de polvos
La metalurgia de polvos es una tecnología de procesamiento de metales en
la que se producen piezas a partir de polvos metálicos. En la secuencia
usual de producción, los polvos se comprimen para darles la forma deseada
y luego se calientan para ocasionar la unión de partículas en una masa dura
y rígida. La compresión, llamada prensado, se realiza en una máquina tipo
prensa cuyas herramientas se diseñan específicamente para la pieza que se
va a producir. Las herramientas, que consisten generalmente en un troquel
y uno o más punzones, pueden ser costosas y es por esto que la PM es más
adecuada para niveles medios o altos de producción. El tratamiento
térmico, llamado sinterizado, se realiza a una temperatura por debajo del
punto de fusión del metal.
Procesos de mejora de propiedades
Son conocidos como tratamientos térmicos. El proceso consiste en calentar
un material buscando un cambio en sus propiedades físicas. Al calentar y
enfriar a temperatura ambiente, el material se ablanda o se endurece. Entre
los más comunes se encuentran:
-
Recocido
Normalizado
Templado
Cementado
Revenido
Procesos de soldadura por fusión
La soldadura es un procedimiento por medio del cual se logra la unión
permanente de piezas de metal u otros materiales. La unión resultante debe
ser tan resistente como el metal base. Hay varios procesos de soldadura
como se muestra:
- Soldadura con arco eléctrico
- Soldadura por arco con metal y gas inerte (MIG)
- Soldadura por arco con tungsteno y gas inerte (TIG)
- Soldadura por arco con plasma
- Soldadura con haz de electrones
- Soldadura con rayo láser
- Soldadura por resistencia
Pegado con adhesivos
Los pegamentos o adhesivos son compuestos que pueden unir firmemente
objetos entre sí, mediante atracción superficial. Las ligas con adhesivo
generalmente son menos costosas, más fáciles de producir y más resistentes
a la fatiga y a la corrosión que los sujetadores mecánicos o las soldaduras.
Las ligas se hacen aplicando una película de adhesivo entre las piezas, las
cuales se deben inmovilizar hasta que el adhesivo se solidifica; el
pegamento se puede aplicar en estado sólido o fundido como líquido puro o
en solución. El curado puede demorar desde unos segundos hasta días,
pero, se puede acelerar aumentando la temperatura. La facilidad de
ensamblaje está en relación directa con la técnica empleada para la
aplicación y curado del adhesivo.
Ensamble mecánico
Este proceso consiste en unir una o más piezas dentro de otras o sobre otras
con el fin de formar una pieza más compleja o un producto terminado.
Generalmente los pasos para ensamble son acarreo, composición,
verificación, y ajuste. Los elementos más usados en ensamble mecánico
son sujetadores roscados, remaches y grapas.
Actividad 1
Individualmente elaborar un resumen que describa las operaciones de
procesamiento:
• Procesos de fundición.
• Procesos de deformación volumétrica.
• Procesos de conformado de lámina.
• Procesos convencionales de maquinado.
• Procesos de maquinado no tradicional.
• Metalurgia de polvos.
• Procesos de mejora de propiedades.
Preparar exposición. Fecha de entrega de reporte para el día Lunes 30 de enero.
1.2 Metodología para la fabricación de una pieza
determinada.
El proceso de dar forma a un producto mediante la eliminación de material es
común a todo producto manufacturado, donde sólo varían las técnicas para
eliminar dicho material. Las operaciones de maquinado se pueden dividir en dos
categorías:
- Donde la pieza de trabajo se mueve mientras que la herramienta está fija
(típicamente el torneado donde el material gira sobre un eje fijo).
- Donde se tiene un material de trabajo fijo mientras que la herramienta de
corte es la que se desplaza (típicamente el fresado donde la herramienta gira
sobre su eje y se desplaza sobre un material fijo).
1.2 Metodología para la fabricación de una pieza
determinada.
a)
b)
Figura 5. a) Proceso de torneado, b) proceso de fresado
1.2 Metodología para la fabricación de una pieza
determinada.
Una de las metodologías utilizadas por la ingeniería concurrente es el
diseño para manufactura, DFM. El diseño y desarrollo de productos
requiere no solamente el manejo de conceptos básicos de diseño mecánico
convencional, sino la selección adecuada de materiales y procesos de
fabricación.
Es fundamental además de trabajar en equipos multidisciplinarios que
involucren en el proceso de diseño tanto los atributos del cliente como las
variables de ingeniería.
Principios del diseño para manufactura
• Reducir el número total de partes
• Desarrollar un diseño modular
• Usar materiales y componentes
estandarizados
• Diseñar partes multifuncionales
• Diseñar para fácil fabricación
• Evitar partes separadas
• Minimizar las operaciones de
manipulación
• Utilizar tolerancias amplias
• Minimizar el número de
operaciones
• Evitar operaciones secundarias.
• Rediseñar componentes para
eliminar pasos de proceso.
• Minimizar las operaciones que no
añadan valor. Diseñar para el
proceso.
Materiales comerciales
Acero Inoxidable (AISI 303, 304, 310, 316, 430)
Acetal
Materiales comerciales
Aluminio
Principios del diseño para
manufactura
Realice mejoras a las piezas que se
muestran de acuerdo al diseño para
manufactura.
¿Qué procesos de manufactura se
usa para su fabricación?
Principios del diseño para
manufactura
Realice mejoras a las
piezas que se muestran
de acuerdo al diseño para
manufactura.
Principios del diseño para
manufactura
¿Qué procesos de
manufactura se utiliza
para su fabricación?
1.3 Control numérico y su aplicación en los
procesos de manufactura
CNC significa Control Numérico Computarizado
El control numérico CNC es una forma de automatización programable en
base a una serie de instrucciones codificadas (Programa).
El CNC es apropiado para volúmenes de producción bajos o medios, dado
que es más fácil escribir nuevos programas que realizar cambios en los
equipos de procesado.
En una máquina CNC, a diferencia de una máquina convencional o manual,
una computadora controla la posición y velocidad de los motores que
accionan los ejes de la máquina.
Las máquinas CNC son capaces de mover la herramienta al mismo tiempo
en los tres ejes para ejecutar trayectorias tridimensionales, las que se
requieren para el mecanizado complejo de moldes y troqueles.
En una máquina CNC una computadora controla el movimiento de la mesa,
el carro y el husillo. Una vez programada la máquina, ésta ejecuta todas las
operaciones por sí sola, sin necesidad de que el operador esté manejándola.
Esto permite aprovechar mejor el tiempo del personal para que sea más
productivo.
Factores que favorecen la incorporación del CNC
en la Industria
• Mayor exigencia en la precisión de los mecanizados
• Diseños cada vez mas evolucionados y complejos
• Necesidad de reducir errores en la producción para no encarecer el
producto.
• Plazos de entrega cada vez más exigentes, lo cual requiere mantener altos
niveles de producción (tiempo de entrega).
• El abaratamiento de los sistemas CNC en el mercado, favorece la
adquisición de los mismos.
Ventajas de la utilización de Sistemas Control
Numérico CNC
• Mejora de la precisión, así como el aumento de la calidad de los
productos.
• Una mejor uniformidad en la producción.
• Posibilidad de utilización de varias máquinas simultáneamente por un
solo operario.
• Capacidad para realizar piezas con contornos de geometría compleja.
• Fácil intercambio de la producción en intervalos cortos.
• Reducción de la fatiga del operario.
• Aumento de los niveles de seguridad en el puesto de trabajo.
• Simular los procesos de mecanización o de corte antes de fabricar la
pieza.
Desventajas de la utilización de Sistemas Control
Numérico CNC
• Elevado costo de accesorios y maquinaria (3 a 5 veces mas caro que una
maquina convencional).
• Necesidad de cálculo, programación y preparación de la maquinaria para
un funcionamiento eficiente.
• Elevado costo de mantenimiento, ya que el sistema de control y
mantenimiento de los mismos es mas complicado, generando la necesidad
de contar con técnicos altamente capacitados.
• Necesidad de mantener grandes volúmenes de pedidos para una mejor
amortización del sistema (recuperar la inversión).
Conocimientos para operar los Sistemas CNC
• Conocimientos en geometría, algebra y trigonometría.
• Conocimiento para la elección y diseño de las diferentes herramientas de
corte.
• Conocimiento de los diferentes sistemas de sujeción de las herramientas
de corte.
• Uso de instrumentos de medida y conocimientos de metrología.
• Interpretación de planos.
Conocimientos para operar los Sistemas CNC
• Conocimientos de la estructura de la máquina CNC.
• Conocimiento de los diferentes procesos de mecanización, velocidades de
corte, velocidades de avance, revoluciones por minuto.
• Conocimientos de la programación CNC.
• Conocimientos del mantenimiento y operación CNC.
• Conocimientos generales de Computadores.
Máquina Herramienta
Convencional
Máquina Herramienta CNC
Un operario, puede manejar una sola Un operario, puede manejar varias
máquina
maquinas
Es necesario consultar constantemente No es necesario consultar el plano
el plano
(solamente se consulta cuando se
realiza la programación).
Se necesita una amplia experiencia
No es necesario una amplia
experiencia
El operario tiene el
profundidad, avance, etc.
control El programa tiene todo el control de
los parámetros de corte.
Mecanizados imposibles de realizar
Posibilidad de realizar prácticamente
cualquier mecanizado
Tipos de
Controladores
FAGOR
FANUC
SIEMENS
HEINDENHAIN
Máquina CNC.
• Mecanismos de Posicionamiento.
• Accionadores: Motores, Válvulas etc.
• Sistemas de Control.
• Sistemas de Medidas.
• Sensores : Inducción, Fotoeléctricos, Ópticos.
• Diseño de Máquinas.
• Precisión y repetitividad.
• Refrigeración (Aire o Aceite) y eliminación de virutas.
Sistemas de cambio de herramientas (Optativo, Automático o Manual).
• Torreta giratoria.
• Almacén de herramientas.
Movimiento de una Maquina CNC
• Motores paso a paso (muy utilizados, bajo costo, poco torque para trabajo
pesado, mas precisión.
• Servomotores o motores encode o con sensor (alto costo, mas torque para
procesos de trabajo.
• Motores lineales (desplazamientos lineales de ejes).
Periféricos de Entrada
• Teclado y Panel de Mandos.
• Conexión con el Computador
(Ethernet).
• Reglas ópticas o posicionadores.
• Ratón o Mouse en equipos mas
modernos.
Unidades de Almacenamiento de datos
• La información se guarda en el computador y se transfiere a la máquina
mediante la conexión RS232 o Ethernet.
• En el disco duro del propio control en maquinas CNC mas modernos (hay
que considerar que la memoria que dispone el Control no tiene tanta
capacidad).
• Servidor de Red que este conectado a una serie de maquinas CNC.
• Dispositivo portátil USB (Pendrive).
Periféricos de Salida
•
•
•
•
Monitor o Pantalla.
Comunicaciones RS232.
Conexión con Intranet.
Control de Movimiento de los ejes y demás elementos móviles de la máquina.
Función del Monitor
• Visualizar la información que se suministra desde el teclado.
• Controlar las comunicaciones entre otros sistemas informáticos.
• Informarnos de todos los sistemas que la máquina tenga activados (falta
de aire, aceite refrigerante).
• Informarnos de las diferentes condiciones tecnológicas que se estén
usando, RPM, velocidad de corte, velocidad de avance, tipo de
herramienta.
• Realizar la simulación de mecanizado por pantalla (computador o
maquina).
• Indicar los posibles errores que se detecten en el sistema.
• Etc.
Control de ejes y accesorios de máquina (PLC)
Sistemas de
Torretas
Portaherramientas
Carrusel de herramientas
16 herramientas aprox.
Cadena de herramientas
50 herramientas aprox.
Tambor de herramientas
10 herramientas aprox.
Creación de Programas
• Programación Manual a Pie de
Máquina.
• Programación en Computador.
• Programación mediante sistema
CAM
Software CAD/CAM
Descargar