Instituto Universitario Politécnico "Santiago Mariño" Periodo: 2022-I Sección: SAIA AA-SI
ASPECTOS FUNDAMENTALES DE LOS PROCESOS DE MANUFACTURA MAYO 2022
PROCESOS DE MECANIZADOS MEDIANTE EL USO DEL TORNO
PROFESOR: RAUL ENRIQUE RAMOS BASTIDAS
ALUMNOS: GABRIEL TORREALBA.C.I: 27.157.988 GABRIEL VERA. C.I: 22.659.339 MARÍA GONZÁLEZ.CI:20.343.563 ALEJANDRO CASTRO.CI:20.633.438 JESÚS PÉREZ
ÍNDICE Tema. 1
Tema. 2
¿QUÉ ES LA MANUFACTURA?
LOS MATERIALES EN LA MANUFACTURA
Unidad 1
Definición de manufactura, Las industrias manufactureras y sus productos, Capacidad de manufactura
Tema. 3
Metales, Cerámicos, Polímeros, Compuestos
Tema. 4
PROCESOS DE MANUFACTURA
SISTEMAS DE PRODUCCIÓN
Operaciones de procesamiento, Operaciones de ensamblado, Máquinas de producción y herramientas
Instalaciones de producción, Sistemas de apoyo a la manufactura
Tema. 1
Unidad 2
PROCESOS DE MECANIZADOS MEDIANTE EL USO DEL TORNO
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¿QUÉ ES LA MANUFACTURA? La palabra manufactura se deriva de las palabras latinas manus (mano) y factus (hacer); la combinación de ambas significa hecho a mano. La palabra manufactura tiene varios siglos de antigüedad, y “hecho a mano” describe en forma adecuada los métodos manuales que se utilizaban cuando se acuñó la expresión. La mayor parte de la manufactura moderna se lleva a cabo por medio de maquinaria automatizada y controlada por computadora que se supervisa manualmente. Como campo de estudio en el contexto moderno, la manufactura se puede definir de dos maneras: una tecnológica y la otra económica. En el sentido tecnológico, la manufactura es la aplicación de procesos físicos y químicos para alterar la geometría, propiedades o apariencia de un material de inicio dado para fabricar piezas o productos; la manufactura también incluye el ensamble de piezas múltiples para fabricar productos. Los procesos para llevar a cabo la manufactura involucran una combinación de máquinas, herramientas, energía y trabajo manual, como se ilustra en la figura 1.1a). Casi siempre, la manufactura se ejecuta como una secuencia de operaciones. Cada una de éstas lleva al material más cerca del estado final que se desea.
En el sentido económico, la manufactura es la transformación de los materiales en artículos de valor mayor por medio de uno o más operaciones de procesamiento o ensamblado, según lo ilustra la figura 1.1b). La clave es que la manufactura agrega valor al material cambiando su forma o propiedades, o mediante combinar materiales distintos también alterados. El material se habrá hecho más valioso por medio de las operaciones de manufactura ejecutadas en él. Cuando el mineral de hierro se convierte en acero se le agrega valor. Si la arena se transforma en vidrio se le añade valor. Cuando el petróleo se refina y se convierte en plástico su valor aumenta. Y cuando el plástico se modela en la geometría compleja de una silla de jardín, se vuelve más valioso.
LAS INDUSTRIAS MANUFACTURERAS Y SUS PRODUCTOS La industria consiste en empresas y organizaciones que producen o suministran bienes y servicios. Las industrias se clasifican como primarias, secundarias o terciarias. Las industrias primarias cultivan y explotan recursos naturales, tales como la agricultura y minería. Las industrias secundarias toman las salidas de las primarias y las convierten en bienes de consumo y capital. En esta categoría, la manufactura es la actividad principal, pero también quedan incluidas las construcciones y la generación de energía. Las industrias terciarias constituyen el sector de servicios de la economía. Productos manufacturados Los productos finales fabricados por las industrias que se dividen en dos clases principales: bienes de consumo y bienes de capital. Los bienes de consumo son productos que los consumidores compran en forma directa, como autos, computadoras personales, televisiones, neumáticos y raquetas de tenis, entre muchos otros más. Los bienes de capital son aquellos que adquieren otras compañías para producir bienes y prestar servicios.
CAPACIDAD DE MANUFACTURA Una planta de manufactura consiste en un conjunto de procesos y sistemas (y personas, por supuesto) diseñados para transformar cierto rango limitado de materiales en productos de valor incrementado. La capacidad de manufactura se refiere a las limitaciones técnicas y físicas de una empresa de manufactura y cada una de sus plantas. Es posible identificar varias dimensiones: 1) capacidad tecnológica de proceso. 2) tamaño físico y peso del producto. 3) capacidad de producción. La capacidad tecnológica de proceso de una planta (o compañía) es el conjunto de procesos de manufactura con que dispone. Ciertas plantas realizan operaciones de maquinado, otras convierten lingotes de acero en lámina, y unas más construyen automóviles. Una planta de maquinado no puede laminar acero, y una planta de laminación no puede fabricar autos. Limitaciones físicas del producto Un segundo aspecto de la capacidad de manufactura lo impone el producto físico. Una planta con un conjunto dado de procesos está limitada en los términos del tamaño y el peso de los productos que pueden alojarse. Capacidad de producción Una tercera limitante de la capacidad de una planta de manufactura, es la cantidad de producción que puede obtenerse en un periodo de tiempo dado (por ejemplo, mes o año). Es común llamar a dicha limitante de cantidad capacidad de planta, o capacidad de producción, y se define como la tasa máxima de producción que una planta puede alcanzar en condiciones dadas de operación.
MATERIALES EN LA MANUFACTURA
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Metales Ferrosos : El grupo incluye acero y hierro colado. Dichos metales constituyen el grupo comercial más importante, más de las tres cuartas partes del peso total de los metales de todo el mundo. No ferrosos: Los metales no ferrosos incluyen los metales puros y aleaciones de aluminio, cobre, oro, magnesio, níquel, plata, estaño, titanio, zinc y otros metales. Cerámicos Se define como un compuesto que contiene elementos metálicos (o semimetálicos) y no metálicos. Los elementos no metálicos comunes son oxígeno, nitrógeno y carbono. Con fines de procesamiento, los cerámicos se dividen en dos tipos. Los cerámicos cristalinos. Los cerámicos vidriados Polímeros Es un compuesto formado por unidades estructurales repetidas denominadas meros, cuyos átomos comparten electrones que forman moléculas muy grandes. Los polímeros se dividen en tres categorías: Los polímeros termoplásticos o termo variables Los polímeros termoestables o termofijos Los elastómeros. Compuestos Se refiere a una masa homogénea de material, tal como la agregación de granos de estructura celular idéntica y unitaria en un metal sólido. La estructura usual de un compuesto consiste en partículas o fibras de una fase mezclada en una segunda que se llama la matriz.
PROCESOS DE MANUFACTURA OPERACIONES DE PROCESAMIENTO Una operación de procesamiento utiliza energía para alterar la forma, propiedades físicas o el aspecto de una pieza de trabajo y agregar valor al material. Se distinguen 3 categorías de operaciones de proceso: Formado: Las operaciones de formado alteran la geometría original de la parte mediante la fundición, forjado y el maquinado. La mayoría de los procesos de formado aplican calor, fuerza mecánica o una combinación de ambas para efectuar un cambio en la geometría del material de trabajo. Procesos de mejora de propiedades: se realiza para mejorar las propiedades físicas o mecánicas del material de trabajo. Estos procesos no alteran la forma de la parte, excepto en algunos casos de forma no intencional. Los procesos más importantes de mejora de propiedades involucran tratamientos térmicos que incluyen diversos procesos de recocido y resistencia para metales y vidrio. El sinterizado de polvos cerámicos y de metales es también un tratamiento térmico que hace resistente una pieza de polvo metálico prensado. Operaciones de procesado de superficies: Las operaciones de procesado de superficie incluyen 1) limpieza, 2) tratamientos de superficie, y 3) procesos de recubrimiento y deposición de películas delgadas. La limpieza incluye procesos mecánicos y químicos para quitar la suciedad, la grasa y otros contaminantes de la superficie. Los tratamientos de superficie incluyen tratamientos mecánicos como el chorro de perdigones y chorro de arena, así como procesos físicos como la difusión y la implantación iónica. Los procesos de recubrimiento y deposición de películas delgadas aplican un revestimiento de material a la superficie exterior de la pieza de trabajo. Los procesos comunes de revestimiento incluyen el electrodepositado, el anodizado del aluminio, los recubrimientos orgánicos (conocidos como pintura) y el esmalte de porcelana. Los procesos de deposición de películas delgadas incluyen la deposición química y física de vapores para formar revestimientos sumamente delgados de sustancias diversas.
OPERACIONES DE ENSAMBLE Las operaciones de ensamble, en éstas, dos o más piezas separadas se unen para formar una nueva entidad de manera permanente o semi-permanente. Las operaciones de ensamble son idénticas a las operaciones de pieza, con la salvedad de que pueden afectar a varias piezas, se crean en el entorno de ensamblaje y se guardan en el archivo de ensamblaje. Las definiciones de operaciones de ensamblaje no se transfieren al nivel de componente Las operaciones de ensamblaje son, entre otras, chaflanes, empalmes, barridos, revoluciones, extrusiones y agujeros. También se incluyen las operaciones de trabajo y los bocetos utilizados para crearlas. Puede editar, añadir, desactivar o suprimir operaciones de ensamblaje. También puede recuperar el estado de las operaciones de ensamblaje y añadir y eliminar componentes que forman parte de la operación. La soldadura y el pegamento con adhesivos también son ejemplos de éste tipo de proceso.
MAQUINAS DE PRODUCCIÒN Y HERRAMIENTAS Las máquinas industriales son artefactos que se utilizan en el subsector de la industria. La mayoría de los fabricantes de maquinaria se llaman fábricas de máquinas. La industria de la maquinaria llegó a existir durante la revolución industrial. A principios del siglo XX varios fabricantes de automóviles y motocicletas comenzaron sus propias fábricas de máquinas. El término «industria de la maquinaria» se extendió hasta el siglo XIX. Esta rama de la industria fue reconocida como tal, y se investigó que se encontraba una estadística de producción que data desde 1907, creada por el Ministerio de Comercio e Industria Británica. En esta estadística de la industria de la ingeniería sobresalen, por ejemplo, la maquinaria agrícola, maquinaria para la industria textil, piezas para el tren y el tranvía, entre otros. Existen cientos de variedades de máquinas y herramientas para corte de metal, que varían en tamaño desde pequeñas máquinas montadas en bancos de trabajo hasta enormes máquinas de producción que pesan varias toneladas, se utilizan en la industria metalmecánica moderna. Conservando las características básicas de sus antepasados del siglo XIX y principios del XX y aún se clasifican como uno de los siguientes: Tornos (tornos y fresadoras) Fresadoras y cepilladoras Máquinas de perforación Fresadoras Rectificadoras Sierras mecánicas Prensas
INSTALACIONES DE PRODUCCIÓN Las instalaciones de producción que incluye la planta, el equipo de producción y el equipo de manejo de materiales. El equipo que está en contacto físico directo con piezas y ensamblajes durante la fabricación. Las instalaciones “tocan” el producto. También incluye la distribución del equipo dentro de la planta; la disposición de la fábrica basada en la producción hablando en termino cuantitativos y cualitativos.
(Ejemplo de disposición de proceso)
Producción en baja cantidad En el rango de pequeños volúmenes de producción (1 a 100 unidades/año), el término taller se usa a menudo para describir las instalaciones de fabricación. Pequeñas cantidades de productos especializados y personalizados. El equipo del taller de propósito general y la mano de obra son altamente calificados. La fábrica debe diseñarse con la máxima flexibilidad para poder producir muchos tipos diferentes de productos (alta diversidad de productos). Si el producto es grande y pesado y, por lo tanto, difícil es
de mover en la fábrica, será necesario mantener el producto en su lugar durante la fabricación o el ensamblaje. Los trabajadores y el equipo de procesamiento se envían al sitio de producción en lugar de enviar productos al equipo. Producción en media cantidad Dentro de este rango de producción media (100 a 10.000 unidades al año), existen dos tipos de instalaciones diferenciadas, según la variedad de productos. Cuando la diversidad de productos es alta, el enfoque habitual es la producción por lotes, donde se produce un lote de producto, luego se cambian las instalaciones para producir un lote de producto subsiguiente, y así sucesivamente. Se repiten las órdenes de trabajo para cada producto. La tasa de producción del equipo es superior a la demanda de un solo producto, de esta forma un mismo equipo puede ser compartido entre varios productos. Producción de alta cantidades El rango de producción en masa (desde 10.000 hasta millones de piezas por año) se denomina producción en masa. Esta situación se caracteriza por la alta demanda del producto y por las instalaciones que se especializan en la producción de este único producto. Se pueden distinguir dos tipos de producción en masa: 1) producción en volumen y 2) producción en línea.
SISTEMAS DE APOYO A LA MANUFACTURA Para operar las instalaciones de manera eficiente, una empresa debe organizar su propio diseño de procesos y equipos, planificar y controlar las órdenes de producción y cumplir con los requisitos de calidad del producto. En la producción a menudo se realiza en la empresa por personal organizado en departamentos tales como: Ingeniería Manufactura Este departamento es responsable de planificar los procesos de fabricación, es decir, decidir los procesos que se utilizarán para fabricar piezas y ensamblar productos. Planificación y control de la producción Este departamento es responsable de manejar la logística del proceso de fabricación: solicitar materiales y piezas para comprar, planificar la producción y garantizar que las piezas operativas tengan la capacidad necesaria para cumplir con el programa de producción. Control de calidad En el entorno competitivo actual, la producción de artículos de alta calidad debe ser la principal prioridad de cualquier empresa de fabricación.
PROCESOS DE MECANIZADOS MEDIANTE EL USO DEL TORNO En términos Generales: Los procesos de mecanizado se desarrollan en la actualidad mediante el empleo de máquinas herramienta, usadas para dar forma a las piezas en bruto. Los elementos más importantes de este tipo de máquinas de mecanizado son los útiles o herramientas de corte y los elementos de sujeción de la pieza a la máquina. Normalmente el mecanizado de una pieza suele requerir varias pasadas de un mismo proceso, incluso haciendo uso de herramientas diferentes. Entre las distintas etapas que constituyen el proceso de mecanizado de una pieza se distingue entre desbaste y acabado. El desbaste tiene como objeto eliminar gran cantidad de material de la pieza a mecanizar, generalmente sin ajustar mucho la precisión del corte y constituye la primera etapa del mecanizado, mientras que en el acabado se realizan las últimas pasadas de la herramienta, con mucha más precisión, con objeto de conseguir una pieza con las dimensiones, tolerancias y el acabado superficial de la calidad exigida. Atendiendo a la clasificación de los procesos de mecanizado, éstos se pueden clasificar en distintos grupos, en función del movimiento relativo que se establezca entre la pieza a mecanizar y la herramienta de corte.
TORNEADO: El torneado es uno de los procesos de mecanizado de uso más común, y se lleva a cabo en una máquina herramienta llamada torno. En el proceso de torneado la forma de la pieza se obtiene mediante la combinación de un movimiento de rotación de la pieza junto con un desplazamiento de la herramienta de corte situado en el carro portaherramientas del torno. Con el torneado se obtiene piezas mecanizadas con geometría de revolución (cilíndricas, formas cónicas, hélices, etc.).
Como se muestra en la figura anterior, en el proceso de torneado la pieza queda sujeta mediante una mordaza al plato del torno, el cual dotará a la pieza de un movimiento de rotación sobre su eje Por otro lado, a la herramienta de corte (cuchilla), instalada en el carro portaherramientas del torno, se le dota de un movimiento recto de avance (paralelo al eje longitudinal de la pieza) y de penetración (la cuchilla penetra dentro de la pieza). Al estar girando la pieza, el contacto entre cuchilla y pieza hace que se desprendan partes del material de la pieza en forma de virutas. Mediante la unidad de control del torno, se puede controlar estos tres movimientos de manera simultánea (velocidad de rotación de la pieza, y los movimientos de avance y penetración de la cuchilla), cuestión fundamental para poder mecanizar la pieza, y conseguir la forma final y dimensiones con la calidad deseada.
En la actualidad se usan los tornos más modernos que se llaman Tornos CNC o tornos por control numérico. Estos tornos utilizan un software o programa de ordenador con datos alfanuméricos según los eje coordenados XYZ del espacio, de manera que puede controlar por sí mismo las velocidades y las posiciones de la pieza y la herramienta. Estos tornos trabajan "solos" y permite obtener las piezas con la forma y dimensiones que previamente hemos introducido en la memoria de la máquina mediante un lenguaje de programación específico Por último, decir que mediante el torneado se pueden realizar multitud de trabajos de mecanizado en piezas, como pueden ser: trabajos de cilindrado (reducir el diámetro de una pieza cilíndrica); achaflanado (realizar un chaflán en un extremo de la pieza); torneado cónico (proporcionar una forma cónica a la pieza); tronzado (cortar una pieza en dos partes); roscado (realizar una rosca en la superficie de la pieza); mandrinado (agrandar un agujero); moleteado (hacer grabados sobre la superficie de la pieza); refrentado (disminuir la longitud de una pieza), etc.