Contracciรณn controlada en aluminio fundido para la manufactura de moldes de inyecciรณn para el sector calzado
PROYECTO DE INVESTIGACIÓN
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Contenido 1. TÍTULO PRELIMiNAR ................................................................................. 2 Contracción controlada en aluminio fundido para la manufactura de moldes de inyección para el sector calzado. ................................................................................ 2 2. JUSTIFICACIÓN ......................................................................................... 2 3. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN ........................................................ 4 4. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ......................................................... 4 5. PLANTEAMIENTO DE LA HIPÓTESIS ....................................................... 4 5.1. VARIABLES a medir ............................................................................ 4 5.2. UNIDAD DE ANÁLISIS......................................................................... 4 6. MARCO TEÓRICO/CONCEPTUAL/DE REFERENCIA............................... 5 ¿Qué es el proceso de Fundición y cuales son sus ventajas? ........................ 5 el proceso de fundición es competitivo frente a otros procesos de manufactura. 5 7 Tipos de Moldes .............................................................................................. 7 7. METODOLOGÍA .......................................................................................... 9 8. AGENDA DE TRABAJO (Marcar con una “x”)............................................. 9 TIEMPO ........................................................................................................... 9 ETAPAS .......................................................................................................... 9 9. ÍNDICE PRELIMINAR ............................................................................... 10 10. BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................ 11 anexo: ESQUEMA PRELIMNAR DE TÉCNICA DE INVESTIGACIÓN ......... 12
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1. TÍTULO PRELIMINAR Contracción controlada en aluminio fundido para la manufactura de moldes de inyección para el sector calzado. 2. JUSTIFICACIÓN Mi desarrollo profesional siempre ha estado relacionado a la manufactura y al diseño. Hoy colaboro en una empresa de giro metalmecánico que atiende las necesidades en el sector calzado. El negocio principal de la empresa es la manufactura de moldes y uno de los procesos mas importantes es el de la fundición. Este proceso demanda un método y disciplina dado el riesgo operacional que implica manejar un metal fundido a 600ºC, solo para tener una idea mas tangible de cuanto significa esto es unas 17 veces más a las temperaturas que estamos viviendo actualmente (semana 23) con un promedio de 35ºC. Siendo el proceso mas caro de la empresa me parece relevante que sea el que más controles tenga, además, que considero que algunos de los subprocesos generan variabilidad en procesos posteriores al de la fundición y que algunas veces hace que se deba re-trabajar en el área de maquinados o programación; esto por supuesto conlleva un tiempo extra de sueldo y operación; y sí la fundición no es correcta es necesario repetirla perdiendo mas tiempo y dinero. Como alumno de la maestría de Gestión de la calidad considero que los riesgos que no se atienden en un proceso que genera perdidas económicas y re-trabajos pueden afectar y atentan contra los principios de la calidad redactados en la Norma ISO: -Enfoque al cliente -Enfoque a procesos -Mejora A pesar de que la organización no cuenta actualmente con alguna certificación de calidad, creo correcto y pertinente intervenir dado el alcance que pueda tener la investigación para el sector metalmecánico en el municipio, ya que el “boom” de la industria automotriz puede alcanzar a cualquier Pyme que demuestre competencia en el control de sus procesos y en especial uno que haya buscado mejorar el método y acotarlo para poder asegurar el dimensionamiento geométrico en piezas fundidas.
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Según Eduardo Medrano, Presidente de la Asociación Mexicana de Manufactura de Moldes y Troqueles (AMMMT) en el país, es un mercado que vale 5,000 millones de USD y se estima que su demanda crezca un 30% en los próximos 10 años.
Información tomada de: Pineda Mauricio, Presentan el Segundo Encuentro de Especialistas de Moldes, Troqueles
y
Herramentales.
Disponible
desde:
https://www.mms-
mexico.com/noticias/post/presentan-el-segundo-encuentro-de-especialistas-de-moldestroqueles-y-herramentales-
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3. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN 3.1. OBJETIVO (S) GENERAL (ES) 1. Determinar un método para lograr una contracción estándar del 1.1% en el aluminio fundido 3.2. OBJETIVO (S) ESPECÍFICO (S) 1.Identificar los factores de variabilidad en el proceso, dese materia prima, infraestructura y formas. 2. Elaborar un método documentado. 3. Comprobar que los tiempos de entrega son mejores si la contracción del aluminio es la misma siempre. 4. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ¿Cómo hacer mas eficiente el proceso de Fundición de una Pyme manufacturera de moldes? ¿Cómo hacer que la contracción del aluminio sea siempre la misma? 5. PLANTEAMIENTO DE LA HIPÓTESIS 1.- El proceso de vaciado de silicón para formar el molde, lleva ya una contracción que afectará al molde de aluminio. 2.- La deshidratación de los yesos se ve afectada por la posición en horno.
5.1. VARIABLES A MEDIR Temperatura ambiente Humedad ambiente Contracción del Yeso vs Maqueta Contracción del Molde vs Maqueta Tipos de Yeso Tipos de aluminio 5.2. UNIDAD DE ANÁLISIS Taller de Fundición y sus procesos.
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6. MARCO TEÓRICO/CONCEPTUAL/DE REFERENCIA ¿Qué es el proceso de Fundición y cuales son sus ventajas? Es uno de los procesos más antiguos que conoce e hombre, básicamente consiste en: (a) se vacía metal fundido en un molde con la forma de la parte a manufacturar (b) se deja solidificar (c) se retira la parte del molde. La fundición se utilizó por primera vez alrededor del año 4000 a.C. para fabricar ornamentos, puntas de cobre para flechas y otros objetos. Es posible fundir una amplia variedad de productos y producir formas intrincadas de una sola pieza, incluyendo las que tienen cavidades internas, como los monobloques de motores. Al igual que toda la manufactura, cada proceso de fundición tiene sus características, aplicaciones, ventajas, limitaciones y costos. Este proceso tiene como ventajas: que puede producir formas complejas con cavidades internas o secciones huecas. se pueden producir partes grandes de una sola pieza. la fundición puede utilizar materiales cuyo proceso por otros medios es difícil o no económico. el proceso de fundición es competitivo frente a otros procesos de manufactura. Casi todos los metales se pueden fundir en la forma final deseada (o muy cerca de ella); esta capacidad coloca a la fundición entre las tecnologías más importantes de la manufactura. Los siguientes son factores que es importante considerar en las operaciones de fundición: El flujo del metal fundido dentro de la cavidad del molde. La solidificación y el enfriamiento del metal dentro del molde. La influencia del tipo de material del molde.
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Contracción y enfriamiento Debido a sus características de dilatación térmica, los metales en general se contraen (comprimen) durante la solidificación y se enfrían a la temperatura ambiente. La con- tracción, que provoca cambios dimensionales y (algunas veces) agrietamiento, es el resultado de tres eventos consecutivos: 1. La contracción del metal fundido al enfriarse antes de solidificar. 2. La contracción del metal durante el cambio de fase de líquido a sólido (calor latente de fusión). 3. La contracción del metal solidificado (la fundición) conforme su temperatura se reduce a la temperatura ambiente. La mayor medida potencial de contracción ocurre cuando la fundición se enfría a la temperatura ambiente.
La composición y las velocidades de enfriamiento del metal fundido afectan el tamaño y la forma de los granos y de las dendritas en la aleación que se está solidificando. A su vez, el tamaño y la estructura de los granos y de las dendritas influye en las propiedades de la fundición solidificada. El tiempo de solidificación está en función del volumen de la fundición y de su área superficial (regla de Chvorinov). Aunque la mayoría de los metales se contraen durante la solidificación, el hierro fundido gris y algunas aleaciones de aluminio en realidad se dilatan. Los cambios dimensionales y el agrietamiento (hojeamiento en caliente) son dificultades que pueden surgir durante la solidificación y el enfriamiento. Se han clasificado siete categorías básicas de defectos de fundición.
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Tipos de Moldes
El molde que se usa en el caso de estudio es un molde de yeso que después de la fundición se deshace para obtener solo el bloque de aluminio con la forma a maquinar. Los otros tipos de moldes quedan descartados para el estudio. Dos tendencias han tenido un impacto importante en la industria de la fundición. La primera es la mecanización y automatización de este proceso, que ha conducido a cambios significativos en el uso del equipo y la mano de obra. Maquinaria avanzada y sistemas automáticos de control de procesos han reemplazado a los métodos tradicionales de fundición. la segunda tendencia importante es la creciente demanda de fundiciones de alta calidad, con tolerancias dimensionales cerradas.
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Moldes desechables, suelen producirse con arena, yeso, cerámica y materiales similares, y que por lo general se mezclan con diversos aglutinantes (agentes de unión) para mejorar sus propiedades. Un molde típico de arena consta de 90% de arena, 7% de arcilla y 3% de agua. Estos materiales son refractarios (esto es, capaces de soportar las altas temperaturas de los metales fundidos). Una vez que la fundición solidifica, se rompe el molde para retirarla.
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7. METODOLOGÍA 7.1. MÉTODO A TRABAJAR Enfoque positivismo ya que las variables serán cuantificadas y evaluadas para encontrar el mejor método que se apegue al objetivo.
7.2. TIPO DE INVESTIGACIÓN POR LA FUENTE DE DATOS Investigación cuasi experimental ya que el método actual será manipulado sin tener control total de las variables dado que no se puede arriesgar ni detener la producción. 7.3. TIPO DE INVESTIGACIÓN POR LA PROFUNDIDAD DEL ESTUDIO Investigación correctivo se busca mejorar el método para lograr estandarizar las fundiciones al 1.1%
7.4. TÉCNICA DE INVESTIGACIÓN A UTILIZAR Análisis de humedad y temperaturas. Análisis de materiales auxiliares para la fundición Análisis de la infraestructura.
7.5. POBLACIÓN A ESTUDIAR Taller de Fundición de Master Moldes 8. AGENDA DE TRABAJO (MARCAR CON UNA “X”)
ETAPAS Recopilación de Información Análisis y procesamiento de información Redacción y elaboración del trabajo Comunicación
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TIEMPO SEMANAS 6 7 8 9 10 11 12 13 14
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9. ÍNDICE PRELIMINAR
INTRODUCCIÓN CAPÍTULO 1. Generalidades 1.1. Justificación 1.2. Objetivos 1.2.1. General 1.2.2. Especifico 1.3.Preguntas de investigación CAPÍTULO 2. Marco Teórico 2.1. ¿Qué es fundición? 2.2. Tipos de Moldes 2.3. Contracción y tiempo de enfriado 2.4 Generalidades del proceso en la organización 2.4.1 Materia Prima 2.4.2 Infraestructura 2.4.3 Método CAPÍTULO 3. Diseño de experimento 3.1. Análisis de las generalidades 3.1.1. Intervención en Materia prima 3.1.2. Intervención en método 3.2. Comparación modelo anterior VS nuevo modelo 3.2.1. Comparación de Contracción 3.2.2. Comparación de tiempos de Procesos 3.2.3 Comparación de tiempos de entrega 3.3. Informe de Mejora CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA ANEXOS (SI HAY)
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10. BIBLIOGRAFÍA
Casting in Tool and Manufacturing Engineers Handbook, Volume II: Forming, Society of Manufacturing Engineers, 1984.
ASM Handbook, Vol. 15: Casting, ASM International, 1998.
Heine, R., Principles of Metal Casting, McGraw-Hill, 1999.
Lieberman, H. H. (ed.), Rapidly Solidified Alloys, Marcel Dekker, 1993.
Manufactura, ingeniería y tecnología QUINTA EDICIÓN Serope Kalpakjian Illinois Institute of Technology Steven R. Schmid The University of Notre Dame TRADUCCIÓN Jaime Espinosa Limón Ingeniero mecánico REVISIÓN TÉCNICA Francisco Javier Sandoval Palafox Ulises Figueroa López Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecatrónica Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey Campus Estado de México
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ANEXO: ESQUEMA PRELIMNAR DE TÉCNICA DE INVESTIGACIÓN
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