Introducción

• La necesidad e importancia de mejorar los sistemas de manufactura aumentan cada año.

• Factor importante para mejorar un sistema productivo es el conocimiento de los procesos de manufactura.

• La deficiencia en el conocimiento de los procesos resulta en la toma de decisiones costosas,

• El desempeño de un sistema productivo se define en gran parte en la fase de diseño.

• Para facilitar su estudio y análisis éstos deben agruparse de acuerdo a características comunes.

PROCESOS DE MANUFACTURA

Operaciones de Proceso

• Una operación de proceso 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, para mejorar propiedades y de tratamiento de superficies.

• Se distinguen 3 categorías de operaciones de proceso; Formado, para mejorar propiedades y de tratamiento de superficies.

• Las operaciones de formado alteran la geometría original de la parte mediante la fundición, forjado y el maquinado.

• Las que se refieren a mejorar las propiedades físicas del material lo hacen sin cambiar su forma. Por ejemplo el tratamiento térmico.

• Las operaciones para tratar superficies tienen por objeto limpiar, revestir o depositar materiales en ellas. Entre los mas comunes están la pintura y la electrodepositación.

Procesos de Formado

• Estos procesos aplican calor y/o fuerza mecánica para efectuar un cambio de geometría en el material.

• Una clasificación de éstos procesos en base al estado inicial del material es;

• Fundición o moldeado,

• Procesado de partículas,

• Deformación

• Procesos de remosión.

• Fundición: inicia calentando el material (metales, vidrio cerámicos y plásticos) hasta llevarlo a un estado plástico. Este se vierte o es forzado en una cavidad de un molde hasta que se solidifica.

Procesos de Formado

• El procesado de partículas se realiza en polvos de metales o cerámicos. Inicia prensando el polvo en un molde paraque tome su forma y calentandolo lo suficiente para que se fusionen (sinterizar).

• En el proceso de deformación la forma de la pieza cambia al aplicarse fuerzas que exceden la resistencia a la deformación de ésta y de tal manera que no se fracturen. Para facilitar ésto se aplica calor para aumentar la ductilidad del material. Entre los procesos de deformación estan el forjado, la extrusión, laminado y doblado.

• Los de remosión de materiales son operaciones que quitan el exceso de material de la pieza original hasta que adquiera la forma deseada. Ejemplos son: el torneado, taladrado, fresado,y el esmerilado que se aplican a materiales sólidos.

• En estos procesos se emplean herramientas de corte y abrasión mas duras y fuertes que el material de trabajo.

Procesos de Mejora de Propiedades y Procesado de Superficies

• Los procesos mas importantes de mejora de propiedades involucran tratamiento térmico. Entre éstos están los de templado y revenido.

• Los procesos de limpieza se realizan para eliminar la suciedad, grasa y otros contaminantes de la superficie. Los tratamientos de superficie incluyen los de chorro de perdigones y arena.

• Los tratamientos de superficie incluyen los de chorro de perdigones y arena.

• Los de recubrimiento y depositación de películas delgadas aplican un revestimiento de material a la superficie exterior de la pieza. Entre éstos están el galvanizado, zincado, pintura etc.

Procesos de Ensamble

• En éste proceso, dos o más piezas separadas se unen para formar una nueva entidad de manera permanente o semipermanente.

• La soldadura y el pegamento con adhesivos son ejemplos de éste tipo de proceso.

• Las operaciones de ensamble mecánico aseguran dos o mas piezas en una unión que puede desarmarse fácilmente. El uso de tornillos, pernos, tuercas y otros sujetadores roscados son comúnes en éste tipo de proceso. También se usan el remachado, ajustes a presión y encajes de expansión.

Naturaleza de la Energía Utilizada

La energía utilizada puede ser:

Mecánica: Cómo en las prensas, tornos etc.

Química:Cómo en los procesos de galvanizado, algunos procesos de alimentos

Térmica:Cómo en los tratamientos termicos

Equipo y Herramientas de Proceso

Procesos de Remosión de Materiales

Mecánicos

• La forma deseada se obtiene removiendo material de una parte sólida.

• También se identifican como de maquinado.

Características:

La forma deseada se obtiene removiendo material de una pieza sólida.

El material se remueve mecánicamente a través de una fractura controlada mediante un corte

o abrasión

Las propiedades de la pieza sólida permiten su transformación por estos procesos.

Los tipos de procesos mecánicos de reducción de masa se dividen en los de remosión de virutas y los de separación.

Principio de Corte en Maquinado

• Generalmente el corte en maquinado la herramienta está perpendicular al trabajo y al sentido de avance.

• La herramienta se mueve con una velocidad Vo dentro del material de trabajo por la fuerza de corte FC

y la fuerza de avance FF.

• Al penetrar la herramienta en el material con una profundidad H de corte, las fuerzas FC y FF hacen que

el material ubicado delante de la misma se comprima.

• El material de trabajo se mueve hacia arriba y contra la cara de la herramienta desprendiéndose de la pieza.

Condiciones de Operación

• Las condiciones de operación de los procesos de corte se determinan por la velocidad de corte , la tasa de alimentación y la profundidad del corte.

• La optimización de una operación se define por los valores de los parámetros anteriores.

• Si la meta es realizar el corte con costos mínimos, los valores serían tal que la vida de la herramienta se incrementara.

• Si se desea maximizar la producción la tasa de alimentación y la velocidad de corte deben aumentar, ocasionando un mayor deterioro de la herramienta.

• Los valores específicos a seleccionar dependen del material a trabajar, tipo y material de la herramienta, vida deseada de la herramienta y la capacidad de proceso de la máquina.

Calidad del Acabado de Superficie

• Otro de los aspectos que se consideran en el proceso de corte es la calidad del acabado de superficie deseado o rugosidad de la superficie.

• Esta depende de la tasa de alimentación y el radio de la nariz de la herramienta

Pieza de Material a Trabajar

• La maquinabilidad de un material se refiere a la facilidad (y sus características) con la que se le puede remover virutas o pedazos.

• El grado de maquinabilidad se mide en función del desgaste de la herramienta, calidad de la superficie cortada, fuerza empleada en el corte y los tipos de viruta formados.

• Los factores que afectan la maquinabilidad pueden clasificarse por las consideraciones del material, diseño y tipo de herramientas y la lubricación.

• Las consideraciones a tomar de un material son sus características físicas, composición o estructura interna y el tratamiento térmico al que se sometió.

Consideraciones de Material a Trabajar

• Las propiedades físicas que afectan la maquinabilidad son la dureza, resistencia a la tensión y a la compresión.

• Los materiales blandos producen considerable fricción o arrastre de la herramienta generándose mas calor, reduciendo la vida de la misma y ocasionando una superficie con un acabado de menor calidad.

• Con materiales cada vez mas duros, se reduce el calor durante el corte, se tiene mejor acabado de superficie y mas duración de la herramienta.

• Cuando el material es muy duro se reduce su nivel de maquinabilidad debido al desgaste de la herramienta.

• Un contenido muy alto (1%) o muy bajo (0.03%) de carbono disminuye la facilidad de maquinado.

• El tratamiento térmico del material influye de manera importante en la maquinabilidad.

Lubricación

• La lubricación en la zona de corte tiene el propósito fundamental de reducir la fricción entre la herramienta y la pieza de material.

• Enfría tanto la herramienta como la pieza.

• Aumenta el tiempo entre afilados porque reduce el desgaste de la herramienta.

• Disminuye la potencia requerida para el corte.

• Ayuda a mejorar la calidad del acabado del corte.

• Reduce las posibilidades de bordes acumulados.

• La velocidad de corte puede incrementarse.

• Los materiales de lubricación utilizados son los aceites simples, aceite mineral, aceite de manteca de cerdo, aceites con aditivos químicos y aceites sintéticos y aire.

Procesos de Separación de Piezas

• En estos procesos porciones grandes de material se separan de la pieza a través de movimientos opuestos entre herramientas (superior e inferior)

• Procesos de Separación (Shearing).

Factores Claves en la Calidad de la Separación

Grosor del material a cortar.

Tipo y dureza del material.

Calidad de y separación entre los filos (entre 0.0005 - 0.06 pulg.).

Soporte o aditamientos de sujeción del material.

Relación de Diámetro del corte (agujero) al grosor del material.

Condiciones de Operación

• La fuerza necesaria para aplicar en el corte puede estimarse mediante la siguiente fórmula.

F = L*t*S

Dónde:

L = longitud de corte.

t = Grosor del material.

S = Resistencia al rompimiento del material.