Introducción a La Fabricación. Procesos y Sistemas

7/21/2019 Introduccin a La Fabricacin. Procesos y Sistemas

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TECNOLOGA DE LA FABRICACIN TEMA 1

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1TEMA 1: INTRODUCCIN A LA

FABRICACIN. PROCESOS Y SISTEMAS

A continuacin se presentan algunas definiciones de trminos presentes en la asignatura deTecnologa de la Fabricacin (www.rae.es):

Ciencia: Conjunto de conocimientos obtenidos mediante la observacin y el razonamiento,sistemticamente estructurados y de los que se deducen principios y leyes generales.

Conformar: Dar forma a algo.

Innovacin: Creacin o modificacin de un producto, y su introduccin en un mercado.

Ingeniera: Estudio y aplicacin, por especialistas, de las diversas ramas de la tecnologa.Fabricacin: Accin y efecto de fabricar.

Fresadora: Mquina provista de fresas que sirve para labrar metales.

Fabricar: Producir objetos en serie, generalmente por medios mecnicos.

Manufactura: Obra hecha a mano o con auxilio de mquina. En un sentido completo, es el procesode convertir materias primas en productos.

Mecanizado: Proceso de elaboracin mecnica.

Mecanizar: Implantar el uso de las mquinas en operaciones militares, industriales, etc. Someter a

elaboracin mecnica. Dar la regularidad de una mquina a las acciones humanas.Mquina: Artificio para aprovechar, dirigir o regular la accin de una fuerza. Conjunto de aparatoscombinados para recibir cierta forma de energa y transformarla en otra ms adecuada, o para

producir un efecto determinado.

Moldear: Hacer molduras en algo. Sacar el molde de una figura. Dar forma a una materiaechndola en un molde.

Oxicorte: Tcnica de cortar metales con soplete oxiacetilnico.

Prototipo: Ejemplar original o primer molde en que se fabrica una figura u otra cosa.

Tecnologa: Conjunto de teoras y de tcnicas que permiten el aprovechamiento prctico del

conocimiento cientfico. Conjunto de los instrumentos y procedimientos industriales de undeterminado sector o producto.

Torno: 1.Mquina simple que consiste en un cilindro dispuesto para girar alrededor de su eje por laaccin de palancas, cigeas o ruedas, y que ordinariamente acta sobre la resistencia por medio deuna cuerda que se va arrollando al cilindro. 2. Armazn giratoria compuesta de varios tablerosverticales que concurren en un eje, y de un suelo y un techo circulares, la cual se ajusta al hueco deuna pared y sirve para pasar objetos de una parte a otra, sin que se vean las personas que los dan oreciben, como en las clausuras, en las casas de expsitos y en los comedores. 3.Mquina que, pormedio de una rueda, cigea, etc., hace que algo d vueltas sobre s mismo, como las que sirven

para hilar, torcer seda, devanar, hacer obras de alfarera, etc. 4.Mquina para labrar en redondo

piezas de madera, metal, hueso, etc. 5.Instrumento elctrico formado por una barra con una piezagiratoria en su extremo, usada por los dentistas para limpiar y limar la dentadura. 6.Torniquete (IIdispositivo para que las personas pasen de una en una). 7. Freno de algunos carruajes, que se


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maneja con un manubrio. 8.Vuelta alrededor, movimiento circular o rodeo. 9.Recodo que forma elcauce de un ro y en el cual adquiere por lo comn mucha fuerza la corriente. 10.Accin de pasar laadjudicacin del remate, en los arrendamientos de rentas, al postor que ofrece mayores ventajasinmediatamente despus de otro que lo tuvo primero y no dio dentro del trmino las fianzasestipuladas.

Torno paralelo: Aquel cuyo portaherramientas se mueve en sentido paralelo al eje de la pieza quese tornea, y que sirve para roscar.

Torno revlver: torno automtico o semiautomtico que dispone de un revlver para el cambio deherramientas.

Otras dos definiciones a tener en cuenta:

Tecnologa Mecnica:Ciencia cuyo objeto es el conocimiento, aplicacin y desarrollo de procesos

ptimos para la conformacin de conjuntos mecnicos, segn especificaciones de diseo, basndoseen el uso de factores productivos y teniendo en cuenta las necesidades del individuo, empresa ysociedad.

Figura 1. Tecnologa Mecnica.

Proceso de fabricacin:El objeto es obtener productos segn especificaciones de diseo (planos einstrucciones) a partir de preformas o materias primas, con el apoyo de recursos de produccin(materiales, equipos auxiliares, energa, informacin, personal) realizado en un sistema defabricacin, mediante el empleo de una mquina o instalacin con un mtodo ptimo, de acuerdo aciertas reglas conocidas y sometido simultneamente a parmetros no dominados.

*Lecturas recomendadas para este tema: Introduccin general de la referencia bibliogrfica [1]. Captulo 2 de lareferencia bibliogrfica [2].

Conocimiento

Aplicacin

Desarrollo

PPrroocceessooddeeFFaabbrriiccaacciinn

((ppttiimmoo))

DiseosFactores

Productivos

CCoonnjjuunnttoossMMeeccnniiccooss

Necesidades


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1.1 Historia de los Sistemas de Produccin

Si observamos cualquier objeto de nuestro alrededor observamos que, tanto el objeto como suscomponentes, tienen diferentes formas que difcilmente se podran encontrar en la naturaleza. Estosobjetos se obtienen a partir de materias primas que son transformadas y ensambladas.

Podemos encontrar objetos formados por una sola pieza (un tornillo o un tenedor); objetosformados por varias piezas (unas tijeras, un lpiz o una silla); y son muchos los objetos que nosrodean que estn formados por multitud de piezas (una impresora, una lavadora o un coche). Todosestos productos se fabrican por medio de diversos procesos denominados manufactura.

Manufactura: proceso de convertir materias primas en productos. Incluye tambin lasactividades en el que un producto ya fabricado se utiliza para elaborar otros productos (Ejemplo:mquinas extrusoras, producto ya fabricado, que forman perfilera de aluminio, nuevo productofabricado).

La palabra manufacturaderiva del latn manu factus(hecho a mano) y se utiliz por primeravez en 1567. La palabra manufacturarapareci en 1683. La palabraproductosignifica algo que se

produce y apareci, junto con el trminoproduccin, en el siglo XV. Los trminos manufacturayproduccinsuelen utilizarse de manera indistinta.

Los trminos fabricar y producirhacen referencia a la realizacin de una serie de actividadescuyo objetivo es obtener un producto o bien determinado.

Podemos denominar sistema productivo al conjunto de elementos cuya interaccin nosproporciona un determinado producto o bien. Dentro de cada sistema productivo tendr lugar unaserie de procesos, complejos o sencillos, que se pueden dividir en fases y operaciones.

A travs de la manufactura,procesoosistema productivose transforman las materias primas enproductos tiles. Estos productos manufacturados adquieren un valoraadido.

Dentro de la manufactura podemos diferenciar dos tipos bsicos: (i) aquellos procesosdestinados a fabricar productos discretos(partes individuales: clavos, bolas para rodamientos, latasde conservas, bloques de motor); (ii) productos continuos (alambre, hojas de metal, tubos)que luego se cortan en piezas individuales y se convierten en productos discretos.

La manufactura es una actividad bastante compleja, en ella interfieren gran variedad de recursosy actividades:

- Diseo del producto.

- Mquinas y herramientas.

- Planificacin del proceso.

- Materiales.

- Compras.

- Manufactura propiamente dicha.

- Control de la produccin.

- Servicios de soporte.

- Mercado.

- Ventas.

- Embarque.

- Servicios al cliente.

Manufactura Fabricacin

Adems, las actividades de manufactura deben responder a distintas demandas del mercado(clientes) y las tendencias de cada momento:


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industria textil y para el corte de metal. Este desarrollo iniciado en Inglaterra, rpidamente seexpandi por Europa y Estados Unidos. En 1800 se implant el uso de partes intercambiables(creadas por Eli Whitney); antes de esta aportacin era necesario el ajuste a mano de cualquiermquina, ya que no se podan fabricar dos piezas iguales. Actualmente, en la reparacin decualquier mquina se da por entendido que se puede cambiar cualquier elemento roto por otro

nuevo de idnticas caractersticas. A da de hoy, son innumerables los avances y desarrollos denuevas tecnologas que se han llevado a cabo.

A partir de la dcada de 1940 los avances tecnolgicos se han desarrollado a gran velocidad,cabe destacar el desarrollo de las computadoras, desde sus comienzos hasta su estado actual. A dade hoy, los sistemas informticos (control por ordenador, robtica, sensores) han permitido que losmtodos de produccin hayan avanzado mucho, permitiendo altas velocidades de produccin, grancalidad en los procesos y productos, as como la gran facilidad de reproducir los procesos(reproductibilidad de productos).


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TECNOLOGA

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Tabla 1. Desarrollo histrico de materiales y procesos de manufactura. (Fuente [1])

Periodo Aos Metales y fundicinDiversos materiales y

compositesFormado y modelado

< 4000 aCOro, cobre, hierrometerico

Artculos de tierra,vidriera, fibrasnaturales

Martillo --

4000 3000 aC

Fundicin de cobre,moldes de piedra ymetales, proceso a lacera perdida, plata,

plomo, estao, bronce

Estampado, joyera Soldadu

3000 2000 aCFundicin y estiradode bronce y oro

Perlas de vidrio, tornoalfarero, recipientes devidrio

Alambre (corte dehojas metlicas)

Remach

2000 1000 aC

Hierro maleable,

bronce

1000 1 aCHierro fundido, acerofundido

Prensado y soplado devidrio

Estampado demonedas

Soldaduhierro y

1 1000 Zinc, acero Vidrio venecianoArmaduras, acuado,forja, espadas de acero

1000 1500Alto horno, diversosmetales, fundicin decampanas, peltre

CristalEstirado de alambre,orfebrera en oro y

plata

1500 1600Caones de hierrofundido, placa deestao

Vidrio plano fundido,vidrio de pedernal

Potencia hidrulicapara trabajo demetales, laminacin detiras para monedas

Egipto

:~3100aC-~300aC

Grecia

:~1100aC-~146aC

Imperioromano:~500aC-~476dC

EdadMedia:~476-~1492

Renacimiento:sigloXIV-XVI

1600 1700Fundicin en moldepermanente, latn a

partir de cobre y zincmetlico

PorcelanaLaminacin (plomo,oro, plata).


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Tabla 1. Desarrollo histrico de materiales y procesos de manufactura (continuacin). (Fuente [1])



1700 1800Hierro fundido maleable,acero de crisol (barras yvarillas de hierro)

Extrusin (tubos deplomo), embuticinprofunda, laminacin

1800 1900

Fundicin centrfuga,proceso Bessemer,aluminio electroltico,

barras de nquel, metalesbabbitt, acerogalvanizado, metalurgiade polvos, acero de hogarabierto

Vidrio para ventana decilindro dividido, lmparade luz, vulcanizacin,

procesamiento del hule,polister, estireno,celuloide, extrusin dehule, moldeo

Martillo de vapor,laminacin de acero,tubos sin costura,laminacin de rieles deacero, laminacincontinuo,electrodeposicin

1900 1920Fabricacin automtica de

botellas, baquelita, vidriode borosilicato

Doblado de tubos,extrusin en caliente

Oxiacetiarco, resy trmica

1920 1940 Fundicin a presin

Desarrollo de plsticos,fundicin, moldeo,cloruro de polivinilo PVC,acetato de celulosa,

polietileno, fibras devidrio

Alambre de tungsteno apartir de polvo metlico

Electrod

1940 1950 Proceso a la cera perdidapara piezas de ingeniera

Acrlicos, hule sinttico,

epxidos, vidriofotosensible

Extrusin (acero),

estampado, metales enpolvo para piezas deingeniera

Soldadursumergid

RevolucinIndustrial:~17501850

PrimeraGuerra

Mundial

SegundaGuerraMundial

1950 1960Molde cermico, hierrodctil, semiconductores,fundicin continua

Acrilonitrilo butadienoestireno, fluorocarbonos,

poliuretano, vidrioflotado, vidrio templado,cermicos variados

Extrusin en fro (acero),formado explosivo,

procesamientotermomecnico

Soldadurmetal y gy gas y dsoldadur


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Tabla 1. Desarrollo histrico de materiales y procesos de manufactura (continuacin). (Fuente [1])



1960 1970Fundicin por compresin,labes para turbinas demonocristales

Acetales, policarbonato,formado en fro de

plsticos, plsticosreforzados, devanado defilamentos

Hidroformado, extrusinhidrosttica,electroformado

Soldaduraplasma y electrone

1970 1990

Grafito compactado,fundicin al vaco, arenaaglutinada orgnicamente,automatizacin del moldeoy colado, solidificacinrpida, composites de

matriz metlica, trabajo demetales semislidos,metales amorfos,aleaciones con memoriade forma (materialesinteligentes), simulacin

por ordenador

Adhesivos, materialescomposites,semiconductores, fibraspticas, cermicos

estructurales, compositesde cermicos estructurales,plsticos biodegradables,polmeros conductores dela electricidad

Forjado de precisin,forjado isotrmico,formado superplstico,matrices fabricadas con

diseo y fabricacinasistida por ordenador(CAD/CAM), forjado yformado de forma neta,simulacin por ordenador

Rayo lse

difusin,

Eraespacial

Eradelainformacin

1990 2000

Refundicin, diseo demoldes y matrices asistido

por ordenador, montaje

rpido de herramientas

Nanomateriales, espumasmetlicas, recubrimientosavanzados,superconductores de altatemperatura, cermicosmecanizables, carbonocomo diamante

Prototipado rpido,montaje rpido deherramientas, fluidosrespetuoso con el medioambiente

Soldadurasoldaduraadhesivos

la electric


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Algunos conceptos a destacar de la Tabla 1:

- Pedernal:variedad de cuarzo, que se compone de slice con muy pequeas cantidades deagua y almina. Es compacto, de fractura concoidea, translcido en los bordes, lustroso

como la cera y por lo general de color gris amarillento ms o menos oscuro. Da chispasherido por el eslabn.

- Corindn:Piedra preciosa, la ms dura despus del diamante. Es almina cristalizada, yhay variedades de diversos colores y formas.

- Azadones:Instrumento que se distingue de la azada en que la pala, cuadrangular, es algocurva y ms larga que ancha. Sirve para rozar y romper tierras duras, cortar races delgadasy otros usos anlogos.

- Vidrio:Slido duro, frgil y transparente o translcido, sin estructura cristalina, obtenidopor la fusin de arena silcea con potasa, que es moldeable a altas temperaturas.

- Acuar: Imprimir y sellar una pieza de metal, especialmente una moneda o una medalla,por medio de cuo o troquel.

- Peltre:Aleacin de cinc, plomo y estao.

- Cristal:1.Slido cuyos tomos y molculas estn regular y repetidamente distribuidos en elespacio. 2.Vidrio, especialmente el de alta calidad.

- Vidrio o Cristal: principal diferencia que el cristal contiene xido de plomo (que no sepuede fundir en el mismo horno junto con vidrio, la temperatura de fusin es diferente).

- Orfebrera:Arte del orfebre.

- Orfebre: Persona que labra objetos artsticos de oro, plata y otros metales preciosos, oaleaciones de ellos.

- Vidrio de pedernal:o vidrio de plomo, contiene potasio y plomo.

- Acero de crisol:acero elaborado mediante diferentes tcnicas, basadas en el calentamientolento y enfriado de hierro puro en un crisol (en presencia de carbono).

- Crisol: 1. Recipiente hecho de material refractario, que se emplea para fundir algunamateria a temperatura muy elevada. 2.Cavidad que en la parte inferior de los hornos sirve

para recibir el metal fundido.

- Proceso Bessemer:primer proceso de fabricacin qumico que sirvi para la fabricacin enserie de acero, fundido en lingotes, de buena calidad y con poco coste a partir del arrabio.

- Arrabio:Fundicin de hierro que se obtiene en el alto horno y que constituye la materiaprima de la industria del hierro y del acero

- Aluminio electroltico:obtencin de aluminio mediante electrolisis.

- Electrolisis:Descomposicin de una sustancia en disolucin mediante la corriente elctrica.

- Metales babbitt:o metales de cojinete, aleacin que se utiliza para la superficie de apoyoen cojinetes de friccin (actualmente existen muchos tipos de aleacin).

- Acero galvanizado:El galvanizado es el proceso electroqumico por el cual se puede cubrirun metal con otro (por ejemplo acero+zinc).

- Acero de hogar abierto:fabricado en hornos de hogar abierto.- Vulcanizacin:Accin y efecto de vulcanizar.


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- Vulcanizar:Combinar azufre con goma elstica para que esta conserve su elasticidad enfro y en caliente.

- Hule:Caucho o goma elstica.

- Baquelita:Resina sinttica que se obtiene calentando formaldehdo y fenol en presencia de

un catalizador. Tiene mucho uso en la industria, especialmente en la preparacin de barnicesy lacas y en la fabricacin de objetos moldeados.

- Acrlicos:Dicho de una fibra o de un material plstico: Que se obtiene por polimerizacindel cido acrlico o de sus derivados.

- Polimerizacin:Reaccin qumica en la que dos o ms molculas se combinan para formarotra en la que se repiten unidades estructurales de las primitivas y su misma composicin

porcentual cuando estas son iguales.

- Epxidos:En qumica orgnica un epxido es un radical formado por un tomo de oxgenounido a dos tomos de carbono, que a su vez estn unidos entre s mediante un solo enlacecovalente.

- Vidrio fotosensible:responden a la accin de la luz.

- Hierro dctil:El hierro dctil se obtiene mediante la introduccin controlada de magnesioen el hierro fundido, y bajas proporciones de azufre y fsforo.

- Semiconductor:Se dice de las sustancias aislantes, como el germanio y el silicio, que setransforman en conductores por la adicin de determinadas impurezas. Se usan en lafabricacin de transistores, chips y derivados. Elemento que se comporta como un conductoro como aislante dependiendo de diversos factores (campos elctricos o magnticos, la

presin, la radiacin o la temperatura ambiente).

- Vidrio flotado:plancha de vidrio fabricada haciendo flotar el vidrio fundido sobre una capade estao fundido.

- Cermica:Arte de fabricar vasijas y otros objetos de barro, loza y porcelana.

- labes para turbinas de monocristales: superaleaciones monocristal (a base de nquel).

- Aleacin: Producto homogneo, de propiedades metlicas, compuesto de dos o mselementos, uno de los cuales, al menos, debe ser un metal.

- Devanar:Ir dando vueltas sucesivas a un hilo, alambre, cuerda, etc., alrededor de un eje,carrete, etc.

- Hidroformado: conformado de algn material mediante algn lquido a presin (agua o

emulsiones de agua y aceite).- Composites: Los composites o resinas compuestas son materiales sintticos que estn

mezclados heterogneamente.

- Fibras pticas: Hilo o haz de hilos de material altamente transparente por el cual setransmite informacin a grandes distancias mediante seales luminosas.

- Formado superplstico:El conformado superplstico es un mtodo de fabricacin basadoen el comportamiento extremadamente dctil de ciertos materiales que permite obtenerformas casi acabadas mediante su deformacin plstica.

- Trabajo de metales semislidos:Moldeo de metales en estado semislido, produccin de

piezas de metales no-frreos (aluminio, cobre, magnesio), combinando las ventajas de lafundicin y la forja.

- Metales amorfos:metal con su estructura atmica desordenada.


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- Aleaciones con memoria de forma (materiales inteligentes): capaces de recuperar suforma despus de una deformacin significativa.

- Sistemas expertos:sistemas informticos capaces de realizar tareas y resolver operacionescomplejas igual que lo haran expertos en la materia, pero con una capacidad mucho mayor.

- Nanomateriales: materiales con propiedades morfolgicas inferiores a un micrmetro aalguna dimensin.

- Espumas metlicas: o espuma de aluminio. Combinan las ventajas estructurales de laespuma con las propiedades de los metales.

- Prototipado rpido: tecnologa que hace posible la obtencin de prototipos en tiemposrelativamente bajos.

- LIGA (litografa, electrodeposicin y moldeo): proceso utilizado para la fabricacin demicrosistemas, desarrollado hacia fines de los aos 1970 en KernforschungszentrumKarlsruhe (KfK). La sigla "LIGA" proviene del alemn, representan las siguientes etapas:

o Litografa de rayos X: el patrn en dos dimensiones de las microestructuras esduplicado por litografa de rayos X sobre una capa de polmero fotosensible.

o Galvanizacin por electro-deposicin: el metal es depositado sobre lasmicroestructuras.

o Conformado: tras la disolucin del polmero sobrante, el bloque de metal resultantesuele tener la funcin de herramienta de formacin.

- Mecanizado en seco:sin uso de lubricante/refrigerante (sin fluido de corte).

- Seis sigma:metodologa de mejora de procesos, como objetivo tiene reducir la variabilidaddel proceso, hasta niveles mximos de 3.4 defectos por cada milln de posibilidades.

Hacia donde vamos??

Gary Acres: Las fbricas tradicionales no desaparecern de la noche a la maana, pero seempezarn a ver aparecer una nueva generacin de fbricas mejor adecuadas. Se trata de fbricasms pequeas que producen un solo producto especializado

Torben Andersen:La fbrica del futuro no ser el tipo de esas vastas naves de produccin enmasa. Un mayor nmero de proveedores, geogrficamente alejados, enviarn los diferentescomponentes de un producto a la unidad de montaje. Esta fbrica ser ms extensa, compuesta declulas individuales autnomas

La especializacin de cada unidad mejorar la eficacia. La competitividad depender de laproductividad y de la calidad de los intercambios entre distintas unidades. Tambin se mejorar larelacin proveedor-cliente Producto-Servicio. Fuerte presencia de las Tecnologas de lainformacin (TICs) Productos Inteligentes (capaces de aprender de su entorno). Otras metas:nuevos materiales, menos contaminacin desde el diseo del producto (fabricar pensando enreciclar).

IMPORTANCIA DEL POTENCIAL HUMANO


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1.2 La Tecnologa Moderna (de la revolucin industrial hasta la actualidad)

En el ltimo tercio del siglo XVIII surgen dos corrientes muy importantes en el desarrollo yevolucin de la sociedad, la del conocimiento y la de la experimentacin, con personajes histricos

de gran relevancia (L. Euler, J. LouisLagrange, B. Franklin, J. DAlembert, A. Lavoisier, D.Bernoulli).

La Revolucin Industrial: el primer invento a considerar, quizs el ms importante, sea lamquina de vapor (James Watt). Desde 1780 la mquina de vapor se introduce en fbricas de hilode algodn, posteriormente en la fundicin de hierro. En aos sucesivos se van incorporandoinventos que hacen posible pasar de la fabricacin artesanal a la concentracin de la fabricacin enlo que hoy da conocemos como fbricas.

Aumenta (o se inicia) la relacin entre ciencia e industria, lo que hace que los avancescientficos se transfieran rpidamente a la fabricacin o produccin industrial. Algunos hechosimportantes (siglo XIX):

- Desarrollo de los medios de transporte (mquina de vapor, ferrocarril). La primeralocomotora de Stephenson data en 1813. La primera lnea de ferrocarril data en 1825.

- Mejora de la comunicacin (telgrafos).

- Gras estima de la ingeniera por parte de la sociedad.

- En Europa, se modifican universidades, se le da mucha importancia a los centros o institutosde investigacin.

- En Alemania, a finales del siglo XVIII y comienzos del siglo XIX, se reestructuraron lasuniversidades (libertad docente, vocacin cientfica). Se le dio autonoma a los alumnos para

estudiar (composicin de su currculo). Se le dio autonoma a la institucin para investigar(fuerte desarrollo). Como resultadofuerte desarrollo.

- Nacimiento de los estudios de ingenieros: Alemania 1770 (Technische Universitt Berlin);Francia 1794 (cole Polytechnique); Inglaterra 1823 (Mechanics Institute. Londres);Espaa 1850 (Estudios de Ingeniero Industrial en Madrid, Barcelona, Sevilla y Vergara).

- En Estados Unidos, surgieron conflictos entre los que apoyaban la forma tradicional dedocencia en universidades y el inters de la sociedad por tener conocimientos ms prcticos.A principios del siglo XIX la carencia de ingenieros en los Estados Unidos era muyimportante (a penas 2 ingeniero por estado). Las universidades tardaron en reaccionar, hasta1861 no se fund el Massachusetts Institute of Technology (MIT), en 1865 abra su Escuela

Industrial. Con el tiempo se copi el modelo europeo y proliferaron los institutos deinvestigacin.

- Comienzan los estudios sistemticos sobre procesos industriales (conformado pordeformacin plstica y mecanizado)

- Progresivamente los pequeos talleres pasan a centros de produccin en cadena (fbricas).

- Muy importante: intercambiabilidad de piezas y montaje.

- Gran inters de producir en masa objetos estndares (sobretodos cuando eran componentesde maquinaria)ingeniera de precisin (sobretodo en acero).

- A partir de 1856, el proceso de Bessemer (produccin a gran escala) y posteriormente el

horno abierto de Siemens (obtencin de lingotes), permitieron la obtencin de acero aprecios asequibles. El procedimiento Bessemer fue el primer proceso de fabricacin quesirvi para la fabricacin en serie de acero, fundido en lingotes, de buena calidad y con poco


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coste a partir del arrabio (material fundido que se obtiene en el alto horno mediantereduccin del mineral de hierro; se utiliza como materia prima en la obtencin del acero enlos hornos siderrgicos).

Figura 2. Horno de Bessemer.

- Principios siglo XIX, Whitworth desarroll un sistema capaz de medir con gran exactitud(metrotecnia) las dimensiones de cualquier pieza, lo que permiti desarrollar mquinascapaces de fabricar elementos idnticos (inicio de la produccin en serie).

- Alessandro Volta consigue en 1800 producir corrientes elctricas de forma continua.

- Desarrollo del electromagnetismo, lo que permiti grandes avances tecnolgicos.

- Induccin electromagntica (Faraday).

- Corriente alterna (Gramme).

- Obtencin de fuerza motriz de origen elctrico (alternativa al vapor).

- Fuerte desarrollo de los telares, se pasa del diseo manual de los dibujos de las telas, al usode tarjetas perforadas para la seleccin de los hilos de urdimbre que se levantaban (slo

podan levantarse los hilos donde haba un agujero en la tarjeta). Por ejemplo, para tejer unretrato eran necesarias 24000 tarjetas. Este sistema an se utiliza para tejer telas de lujo porla compaa japonesa NIshijin. Estas tarjetas se pueden considerar como las percusoras delControl Numrico.

- Primer telar automtico y primer torno para mecanizar metales (Jacques Vaucanson, 1709-

1782).


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- Primer mquina textil que realizaba distintos tipos de tejidos con solo modificar el programaintroducido por medio de tarjetas de latn perforadas (Joseph Marie Jacquard, 1801).

Figura 3. Telar de Jacquard.

- Primero intentos de disear y fabricar mecanismos que simulen los movimientos humanos.

- A mediados del siglo XIX: se construye la primera calculadora, capaz de realizar cuatrooperaciones aritmticas. Memoria capaz de almacenar mil nmeros de 50 cifras. La entradade datos se haca mediante fichas de papel perforadas.

- A mediados del siglo XIX: se fabrican los primeros dispositivos de clculo digitales de tipoelectromecnico construido con rels.

- Leonardo Torres Quevedo (1852-1936): calculador de races.

El progreso tecnolgico y la segunda revolucin industrial: el periodo comprendido entre1870 y 1914 es considerado por muchos historiadores como la Segunda Revolucin Industrial, el

progreso tecnolgico continuo pas a ser un elemento estructural en la economa mundial. Seproducen un gran nmero de innovaciones que van transfirindose de un pas a otro cada vez conmayor facilidad. A destacar:

- Capacidad de reproducir mecnicamente los textos escritos difusin de conocimientos(Mejora de la imprenta: impresin en continuo, rotativas; mquina de escribir).

- Nuevas fuentes de energa (petrleo y electricidad). Pila de Volta, generadores de corrientecontinua, generadores de corriente alterna.

- Motor de combustin interna (Nikolaus Otto, 1868).

- Neumtico (Dunlop, 1888).

- Tratado sobre electricidad y magnetismo (Maxwell, 1873).

- Primera locomotora elctrica (Werner V. Siemens, 1879).

- El 29 de enero de 1886, Karl Benz solicit la patente de un vehculo de tres ruedas, que hoyes reconocido oficialmente como el primer automvil del mundo.


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Figura 4. Primer automvil reconocido actualmente.

- Emite seales de radio (Marconi, 1896).

- El telfono (Bell, 1876).

- La lmpara incandescente (Edison).

- La radio y la televisin.

- Almacenamiento de informacin sonora (grabacin y recuperacin de la informacin) sobrecintas magnticas. El telegrfono que graba sonidos por medios magnticos.

- En el mbito domstico: la mquina de coser (Isaac Merrit Singer, 1854), la planchaelctrica (1880), la lavadora (John Fisher, 1908).

Figura 5. Mquina de coser de Singer (a); Imgenes de las primeras planchas elctricaspatentadas (b); lavadora de fabricacin alemana (c).

a) c)

c)


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- En 1882 Hadfield patenta su acero al manganesiocomienza la era del acero de aleacin.

- Taylor introduce el clculo de la duracin herramientas de corte, vida til (1903).

- Aplicacin de nuevas aleaciones en herramientas de corte que soportaban mayorestemperaturas de corte y permitan aumentar la velocidad de mecanizado. Aumenta la vida

til de las herramientas.- Aparecen las herramientas de acero rpido.

- Desarrollo de nuevos materiales para herramientas: aleaciones fundidas (no frricas),carburos cementados.

- Aleaciones magnticas (Kotaro Honda, 1916).

- Acero inoxidable (Elwoor Haynes, 1919).

- Con las nuevas herramientas se pasaba de tiempos de mecanizado de 100 minutos (aprincipios del siglo XX) a tiempos de 6 minutos en 1927 con los nuevos carburoscementados.

- Desarrollo de la industria qumica.

- Se produce un fuerte cambio en la organizacin de las empresas (grandes industrias):distribucin de tareas y responsabilidades, planificacin de la produccin, protocolos y

procedimientos escritos, control de la calidad (no solo del producto final, sino durante todoel proceso). Estudios sobre la planificacin de la produccin (optimizacin).

- Planificacin y organizacin del trabajo (Grantt).

- Concepto de piezas intercambiables.

- Se demanda mayor presencia de la automatizacin de los procesos (sobretodo en industria

automovilstica).- Primer coche fabricado en serie (Carl Benz, 1894).

- A principios del siglo XX se crea la primera planta de montaje donde se construanvehculos a partir de piezas estandarizadas fabricadas en otra factora. El vehculo

permaneca en un lugar fijo y los operarios iban y venan con los componentes (Ejemplo,fabricacin del Ford T desde 1903). Con el coche fijo y los operarios movindose, excesivogasto de tiempo.

Figura 6. Henry Ford (Izq.). Ford T (Dcha.).


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- 1947 (John C. Parsons, Estados Unidos): control numrico de fresadoras mediante tarjetasperforadas.

Figura 8. Cinta perforada para el control de mquinas-herramienta.

- 1946 (G.C. Devol, Estados Unidos): control numrico con entrada de informacinalmacenada por medios magnticos.

- 1950 en el MIT: se desarrollan las primeras mquinas con Control Numrico gobernadas porordenador.

Figura 9. Torno CNC (Izq.); Fresadora CNC (Dcha.).

- 1961 se publica el lenguaje APT (Adaptative Program Tooling) para programacin decontrol numrico.

- Ingeniera asistida por ordenador.

- Desarrollo de sistema de manipulacin y robtica. Los manipuladores elctricos ehidrulicosRobots.


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Figura 10. Robot con accionamiento hidrulico (Arriba); Robot elctrico (Abajo).

-

Importante: Cambio Automtico de herramientas (a finales de los aos 50).- Desarrollo de plaquitas intercambiables de metal duro recubiertas de carburo de titanio

(1960-1970).

- Normas ISO para las plaquitas intercambiables (cdigos de identificacin).

ltimo tercio del siglo XX. Los aos 70 fueron el comienzo de dcadas en las que seprodujeron grandes avances en la mejora de mquinas-herramienta, herramientas de corte, controlesy mtodos.

- Avances en tecnologas electrnicas e informtica.

- Tecnologa electrnica: permite obtener controles numricos ms potentes y fiables.

- Informtica: programacin de las mquinas (programacin manual, programacin asistida,programacin grfica interactiva).

- Evolucin: Control Numrico Computerizado (CNC) --- Sistemas Flexibles de Fabricacin --- Fabricacin Integrada por Computador.

- Diseo Asistido por Ordenador (CAD), Fabricacin Asistida por Ordenador (CAM).

- Antes de 1974 los robots eran una mezcla de tecnologa elctrica, hidrulica y neumtica.Aparecen los robots con accionamiento ntegramente elctrico.

- Fuerte desarrollo de la robtica en todos sus campos.- 1980: gran cantidad de software disponible, bajada de precios del hardware.


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- Desarrollo de nuevos materiales para piezas, y nuevos materiales para herramientas quetrabajen estos nuevos materiales para piezas.

- Ingeniera Concurrente: integracin de los procesos de diseo con los procesos defabricacin.

- Mtodos de control de la productividad. No slo se busca el avance tecnolgico, sino lamejor combinacin posible entre hombre-mquina para conseguir la mayor productividadposible.


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1.3 Los Procesos de Fabricacin, una parte del concepto de produccin

Proceso de fabricacin: El objeto es obtener productos segn especificaciones de diseo(planos e instrucciones) a partir de preformas o materias primas, con el apoyo de recursos de

produccin (materiales, equipos auxiliares, energa, informacin, personal) realizado en unsistema de fabricacin, mediante el empleo de una mquina o instalacin con un mtodo ptimo, deacuerdo a ciertas reglas conocidas y sometido simultneamente a parmetros no dominados.

Figura 11. Proceso de Fabricacin.

Un proceso de fabricacin es aquel que, partiendo de unas materias primas, obtiene un productodiferente que satisface unas necesidades del propio fabricante o de su cliente. Existe unaconfluencia entre: el material (materia prima), la maquinaria y herramientas, la energa (necesaria) yla tecnologa (cada vez ms presente y ms avanzada).

Sistema (RAE):1.Conjunto de reglas o principios sobre una materia racionalmente enlazadosentre s. 2.Conjunto de cosas que relacionadas entre s ordenadamente contribuyen a determinadoobjeto.

Productivo (RAE):1.Que tiene virtud de producir. 2.Que es til o provechoso. 3.Que arrojaun resultado favorable de valor entre precios y costes.

Sistema Productivo: conjunto de elementos (materiales, maquinaria, personal) relacionadosentre s cuyo objetivo o finalidad es la obtencin de algn producto o bien. Tendremos:

- Entradas Materia prima, piezas elaboradas en otros procesos

- Proceso/s El propio proceso de fabricacin.

- Salidas Productos acabados, componentes de otros productos, prototiposLos productos obtenidos pueden ser productos industriales (herramientas,motores), bienes de consumo (alimentos, textiles) o servicios.

PPrroocceessooddeeFFaabbrriiccaacciinn

DiseoMateria Prima

PPrroodduuccttoo

Recursos deproduccin

Maquinaria

Reglasconocidas

Parmetrosno

controlables


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- Entorno Medio ambiente (residuos), sociedad de consumo (clientes, manode obra), otros sistemas productivos (suministro de materia prima),economa local y global, mercados locales, mercados internacionales, leyes,gobiernos, economa local, economa global... Relaciones bastantescomplejas.

Un sistema productivopuede ser discreto:

- La variedad de productos es muy grande (flexibilidad).

- El producto se contabiliza por unidades.

- La automatizacin de los sistemas es compleja.

- Son sistemas que reaccionan rpidamente al cambio de tipo de producto (flexibilidad).

- Inversin ms baja que en los continuos, a excepcin de los que se desee automatizar.

- Necesidad de coordinacin del gran nmero y variedad de materias primas.- Los equipos utilizados son vlidos para atender a distintas necesidades (mquinas

universales y flexibles).

Un sistema productivopuede ser continuo:

- El producto obtenido es nico, o si son varios, sus diferencias son muy pequeas.

- Produccin muy elevada. Se contabiliza en peso o volumen.

- Variables del sistema: temperatura, humedad, presin

- Fbricas muy automatizadas.- Sistemas rgidos al cambio de tipo de producto.

- Operan a plena capacidad (da y noche).

- El nmero de materias primas es bajo.

- Los equipos e instalaciones estn muy especializadas para la fabricacin de un productoconcreto.

Un sistema productivopuede ser combinado:

- Continuos con caractersticas de discretos (ms flexibles).

- Sistemas Justo a Tiempo (Just in Time).


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mquinas o funcionar de manera autnoma: herramientas de roscado, herramientas deatornillado, herramientas de marcado, herramientas de palpado.

- Grado de calidad del producto obtenido: no es lo mismo fabricar una tubera para la bajantede aguas residuales de un edificio residencial, que una tubera para una bajante de aguasresiduales de un centro de investigacin con productos altamente contaminantes o que unatubera para el circuito primario de una central nuclear.

- Grado de innovacin tecnolgica del proceso: podemos diferenciar entre procesosconvencionales y procesos no convencionales. En general nos referimos a procesos en losque trabajamos con nuevos materiales avanzados, que requieren nuevos procesos defabricacin, de conformado, alto requerimiento de calidad, personal cualificado, procesosaltamente automatizados, complejidad de formas, reduccin de desechos, nuevasherramientas Aunque lo que hoy podemos denominar no convencional, maana serconvencional.

- Consideraciones ambientales: contaminan, no contaminan, uso eficaz de los recursos o no

(materiales, energa), reciclado, reutilizacin...- Otras clasificaciones: segn costes, segn tipo de energa

Para una visin global de nuestra asignatura, estableceremos la siguiente clasificacin:

- Fundicin: moldes desechables o moldes permanentes.

- Conformado por deformacin plstica y moldeado: laminacin, forja, extrusin, estiradoo trefilado, conformado de chapa, metalurgia de polvos y moldeo.

- Mecanizado: torneado, mandrilado, taladrado, fresado, cepillado, escariado y rectificado,mecanizado por ultrasonidos, mecanizado qumico, elctrico y electroqumico; mecanizado

por rayos lser.

- Unin: soldadura (blanda y fuerte), unin por difusin, por adhesin y unin mecnica.

- Acabado: pulido, tratamientos superficiales, satinado, recubrimiento

- Nanofabricacin: la tecnologa ms avanzada, capaz de producir piezas con dimensiones enel nivel nano (una milmillonsima).

La seleccin de un proceso o mtodo de fabricacin depender de mltiples factores: tipo deindustria, tipo de materiales, capacidad de la empresa de incorporar determinadas tecnologas


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Fundicin

Modelo y moldedesechables otros

Molde desechable,modelo ermanente

Molde permanente

Fundicin de revestimiento

Fundicin a la espuma perdida

Crecimiento de monocristales

Proceso rotativo

Molde de arena

Molde de cscara

Molde cermico

Molde permanente

A presin

Centrfuga

Por compresin

Figura 12. Clasificacin de los procesos de fabricacin. (Fuente [1])


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Conformado pordeformacin lstica

Laminacin Forja Extrusin y estirado

Laminado plano

Laminado de perfiles

Laminado de anillos

Formado or laminacin

Matriz abierta

Matriz cerrada

Recalcado

Extrusin directa

Extrusin en fro

Estirado

Estirado de tubosPenetracin

Figura 12. Clasificacin de los procesos de fabricacin (continuacin).(Fuente [1])


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Conformadode chapa

Cizallado Doblado yembuticin

Formado

troquelado

Ranurado

Punzonado

Penetrado

Doblado

Plegado

Formado en rodillos

Formado por estirado

Hidroformado

Repujado

Pulsos magnticosEmbuticinprofunda



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Polmeros

Termoplsticos Termoestables Prototipador ido

Extrusin

Moldeo por inyeccin

Moldeo por soplado

Termoformado

Moldeo por compresin

Pultrusin

Moldeo por vaco

Estereolitografa

Moldeo por deposicinfundida

Impresin 3D

Objetos laminadoMoldeo portranferencia



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Mecanizado yacabado

Mecanizado Mecanizadoavanzado

Acabado

Torneado

Taladrado

Fresado

Brochado

Electroerosin por hilo

Electroqumico / qumico

Lser

Rectificado de superficies

Rectificado sin centros

Lapeado (abrasivo)

Pulido electroqumicoChorro de agua

Figura 12. Clasificacin de los procesos de fabricacin (continuacin). (Fuente [1])


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Procesos deunin

Soldadura porfusin

Otras soldaduras Sujecin y pegado

Arco metlico protegido

Arco de metal y gas

Arco con ncleo de fundente

Arco de tungsteno yas

Agitacin - friccin

Soldadura por resistencia

Por explosin

Pegado adhesivo

Unin mediante tornillos

Soldadura por ola

Soldadura fuerteSoldadura en fro

Figura 12. Clasificacin de los procesos de fabricacin (continuacin). (Fuente [1])


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Para cada producto y/o componente suelen existir diferentes procesos de fabricacin posibles.Existen diferentes criterios para clasificar los diferentes procesos de fabricacin. Algunos criterios atener en cuenta para elegir un mtodo de fabricacin u otro:

- Precisin dimensional y acabado superficial: en funcin de la complejidad de la pieza afabricar y de las dimensiones y tolerancias permitidas se deber seleccionar un mtodo uotro:

o Piezas planas y delgadas son difciles de obtener por fundicin.

o Piezas complejas son difciles de obtener solo mediante conformado pordeformacin plstica.

o En caliente suele obtenerse peor acabado superficial y peores tolerancias que en fro.

o No todos los procesos de fundicin presentan el mismo acabado superficial.

- Coste: el coste del utillaje y herramientas es otro aspecto fundamental a tener en cuenta(aspectos relacionados: tiempo de fabricacin, vida til de las herramientas y del utillaje).

Tambin hay que tener en cuenta el porcentaje de desperdicio de material en un proceso defabricacin (no es lo mismo realizar un conformado por deformacin plstica que unmecanizado). Otros aspectos:

o Disponibilidad de maquinaria.

o Experiencia y capacidad del personal.

o Nmero de componentes a fabricar.

o Capacidad de produccin (lotes pequeos o lotes grandes).

o Coste medioambiental.

Y si no elegimos el material adecuado para un componente o el proceso de fabricacin correcto:

- Puede dejar de funcionar nuestro producto (fallo de algn componente).

- El resultado conseguido no sea el esperado (no funciona todo lo bien que se desea, sedesgasta fcilmente).

- Vida til baja, fallos de funcionamiento en poco tiempo: elevado coste de mantenimiento.

Concepto Manufactura Neta: este concepto hace referencia a que actualmente es difcil

conseguir nuestro producto acabado con un nico proceso de fabricacin. Por ejemplo es difcil quemediante un proceso de conformado plstico consigamos el acabado final de nuestra pieza. Imaginaque fabricamos una biela mediante fundicin y moldeo, la pieza obtenida tendr rebabas y las cotasfinales posiblemente debern ser obtenidas mediante mecanizado, al igual que el acabadosuperficial definitivo. El concepto de Manufactura Netahace referencia a lo cerca que se fabricauna pieza o componente de su dimensiones finales deseadas, tolerancias, acabado superficial yespecificaciones finales mediante la primera operacin que se realice.


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Disear para Fabricar

El diseo de los productos se pude considerar como una de las fases ms importantes, ya que enfuncin de las decisiones tomadas durante la fase del diseo depende el 70-80% del coste total de

desarrollo y fabricacin del producto. El diseo de un producto requiere:- Conocer sus funciones y finalidad.

- Conocer el mercado (potencial consumidor). Anlisis de mercado y ventas.

- Saber si es nuevo o modificacin de otro ya existente.

- Conocer los procesos de fabricacin posibles.

- Flujo de informacin entre el departamento de ingeniera (saber cmo se fabrica) y eldepartamento de marketing (saber qu queremos).

Figura 13. Fases comprendidas entre diseo y fabricacin de un producto (Izq.). Flujo generalde un producto en Ingeniera Concurrente (Dcha.). (Fuente [1])

Definicin de la necesidad del producto;informacin de mercado

Diseo conceptual y evaluacin; estudio defactibilidad

Anlisis del diseo; revisin de cdigos ynormas; modelos fsicos y analticos

Produccin de prototipos;prueba y evaluacin

Planos de produccin; instrucciones

Especificacin de materiales; seleccin deprocesos y equipos; revisin de seguridad

Produccin piloto

Produccin

Inspeccin y control de calidad

Embalaje; etiquetado

Producto Final

DiseoAsistidopor

Ordenador(CAD)

Fabricaci

nAsistidapor

Ordenador(CAM)

Mercado

Especificaciones

Diseo Conceptual

Diseo de Detalle

Manufactura

Venta


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Ingeniera Concurrente: en la actualidad los productos entran y salen de los mercados conmucha facilidad, la vida de un producto es cada vez ms efmera. El mercado devora productos,siempre quiere productos nuevos, que mejoren los actuales. La Ingeniera Concurrente oSimultnease basa en las interacciones recprocas entre todos los departamentos responsables deun mismo producto. Todos los departamentos se involucran en las primeras fases de desarrollo de

un producto, de este modo se reduce el nmero de errores, reduciendo la posible prdida de tiempo.Es muy importante la comunicacin entre diferentes disciplinas (ingeniera, mercado, servicio

postventa, diseo, fabricacin, diseo para el reciclaje, diseo para la seguridad).

El objetivo principal de la Ingeniera Concurrente, al integrar la fase de diseo y la fase defabricacin de un producto, es optimizar el ciclo de vidadel producto, as reduce:

- Los cambios de diseo y la ingeniera del producto.

- El tiempo y coste entre el diseo y la fabricacin (puesta en el mercado).

Un producto bien diseado:

- Debe ser funcional (diseo).

- Tendr un proceso de fabricacin ptimo.

- Embalaje y empaquetado que asegure que el producto llega en perfecto estado alconsumidor final.

- Funcionar correctamente para la finalidad que haya sido diseado.

- Ser fiable (cumplir con su funcin el tiempo establecido), en caso de avera ser tendruna reparacin sencilla (mantenimiento, servicio post-venta).

- Reciclable.

Ejemplo del beneficio de la Ingeniera Concurrente: una empresa redujo un 30% el nmero decomponentes en uno de los motores que fabrica, con esto consigui reducir un 25% el peso delmotor y un 50% el tiempo de fabricacin.

Importante: gracias al uso de tcnicas como modelado y diseo asistido por ordenador (CAD),ingeniera asistida por computadora (CAE) y manufactura asistida por computadora (CAM),

podemos analizar de forma rpida cualquier proceso de fabricacin, disear de forma integracomplejos sistemas o productos, simular situaciones reales para la ayuda en la toma de decisiones,fabricacin de prototipos


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Diseo para la Fabricacin, Ensamblaje y Desensamblaje y Servicio

Disear para fabricar o Diseo para manufactura (DFM): las personas responsables deldiseo de un producto deben tener siempre en cuenta el modo en el que este producto se fabrica(materiales, procesos de fabricacin, planificacin de los procesos de fabricacin, ensamblaje de

componentes, controles de calidad). En la fase del diseo se deben tener en cuenta el tipo demquina que se va a utilizar, las caractersticas y propiedades del material, la precisin dimensional,el acabado superficial

Disear para ensamblar y para desensamblar: las operaciones de ensamblaje de loscomponentes de una pieza pueden suponer gran parte del coste de fabricacin. En el diseo del

producto se deber tener esto en cuenta.

Mal BienMal

Mal

Mal

Mal

Bien

Bien

Bien

Bien

La parte puedeno encajar bien

y colgarse

El biseladoayuda a que laparte caiga en

su lu ar

La parte debesoltarse antes de

estar biencolocada

La parte secoloca antes de

soltarla

Se puedeenredar

fcilmente

Slo se enredabajo presin

Una pieza pude deslizarsobre otra, difcil de

transportar en cadena

Fcil de transportar encadena

Insercindifcil

Agujero deexpulsin de

aire en laieza

Agujero o plano deexpulsin de aire en

el perno

Figura 14. Diseo para ensamble. (Fuente [1])

Se deber diferenciar si el proceso de montaje es manual o automatizado:

- Montaje manual: debe ser ergonmico (diseado para ser montado por una persona); laspiezas no deben ser ni muy pequeas ni muy grandes, fciles de agarrar, evitar que seanfrgiles. Es preferible la simetra en las piezas, de modo que puedan ser montados en varias

posiciones; si no hubiera simetra, el operario debe poder identificar fcilmente la posicincorrecta para el montaje. Adems, debe haber buena iluminacin, todos los componentes aensamblar debern ser accesibles, evitar grandes esfuerzos, evitar componentes complejos(normalizacin), sencillez de montaje, facilitar el autocentrado o autoacoplamiento, evitar eluso de tuercas (usar agujeros roscados).

- Montaje automatizado: se deber prestar especial atencin a la presentacin de las piezas (elsistema automtico de montaje deber recibir las piezas en su posicin correcta); tipo deacoplamiento (ajustes forzados, sujecin roscada, retenes, ajustes elsticos, soldadura yadhesivos, remachado, costura); control de esfuerzos (debe haber algn sistema que los

esfuerzos durante el montaje automtico para evitar daos en los componentes y/o en elproducto final).


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Criterios para la seleccin de materiales

Principales materiales disponibles:

- Metales ferrosos: aceros al carbono, aleaciones, inoxidables...

- Metales no ferrosos: aluminio, magnesio, cobre, nquel, titanio, superaleaciones, metalesrefractarios, berilio, zirconio, aleaciones de bajo punto de fusin y metales preciosos.

- Plsticos (polmeros): termoplsticos, termoestables y elastmeros.

- Cermicos, vidrios, cermicos vidriados, grafito, diamante.

- Composites: plsticos reforzados, de matriz metlica, de matriz cermica (materiales deingeniera).

- Nanomateriales, aleaciones con memoria de forma, aleaciones amorfas, semiconductores,superconductores y otros materiales avanzados con propiedades nicas.

Propiedades a tener en cuenta a la hora de seleccionar un material:

- Mecnicas (resistencia, tenacidad).

- Fsicas (densidad, calor especfico, conductividad elctrica).

- Qumicas (oxidacin, corrosin).

- Propiedades de manufactura (determinan que tecnologas de fabricacin son aplicables acada material, si se puede fundir, mecanizar).

- Coste.

- Disponibilidad.

- Aspecto.

- Vida til.

- Reciclaje.

Fabricacin y Medio Ambiente

La actividad industrial tiene efectos negativos sobre el medio ambiente, el ecosistema de laTierra y, por tanto, en la calidad de vida del ser humano (contaminacin del agua, del aire,reduccin de la capa de ozono, lluvia cida, efecto invernadero, residuos peligrosos). Se debe

pensar siempre en minimizar el efecto negativo sobre el medio ambiente. Algunos criterios:

- Reducir el desperdicio de material (desde el diseo hasta la fabricacin).- Reducir el uso de materiales peligrosos.

- Invertir en I+D (Investigacin y Desarrollo) para la obtencin de nuevos materiales yprocesos de fabricacin respetuosos con el medio ambiente.

- Planificacin e integracin del reciclaje, tratamiento de residuos y reutilizacin demateriales desde el diseo del producto hasta el final de su ciclo de vida.

Concepto Diseo y fabricacin consciente del medio ambiente.

Concepto Diseo para el medio ambiente o Diseo verde:este mtodo intenta anticiparse al

impacto negativo que la fabricacin de un producto, su uso y desuso pueda tener el medio ambiente,definiendo y aplicando las medidas correctoras oportunas. Objetivos: evitar la contaminacin,promover el reciclaje y la reutilizacin de los residuos (Diseo para el reciclaje).


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Fabricacin y los ordenadores

Con el desarrollo de los ordenadores (software y hardware) y su integracin en los sistemasproductivos y en la industria, se ha extendido la denominada Manufactura o Fabricacin Asistidapor Ordenador (CAM), donde se integra el hardware y el software desde la concepcin de un

producto (su diseo) hasta su fabricacin y distribucin en el mercado, ventajas.- Capacidad de respuesta a los cambios de demanda del mercado y del consumidor.

- Optimizacin en el uso de materiales, herramientas, utillaje y personal.

- Mayor control sobre la produccin y la administracin.

- Produccin de alta calidad a bajo coste.

Algunas de las aplicaciones ms importantes:

- Control Numrico por Computador (CNC): sus inicios remontan a la dcada de 1950, se

basa en el control del movimiento de mquinas-herramienta mediante la codificacin de lasrdenes en forma de cdigos numricos.

- Control Adaptable (AC): los parmetros que regulan un proceso de fabricacin se regulany ajustan de forma automtica para optimizar la velocidad de produccin y la calidad del

producto, minimizando su coste. En el control se integran sensores que monitorizandiferentes variables (fuerza, temperatura, acabado superficial, dimensiones de las piezas)en funcin de las cuales se regulan los parmetros del proceso.

- Robtica Industrial: sus inicios se remontan a la dcada de 1960, sustituyen la mano deobra humana en tareas peligrosas y/o repetitivas, reduciendo los errores humanos, lavariabilidad en la calidad de produccin y aumentando la jornada de trabajo, aumentando la

productividad.- Manejo automatizado de materiales: manejo eficiente de materiales y componentes:

transporte de materiales de un puesto de trabajo a otro

- Sistemas de ensamblaje automatizado o robotizado.

- Planificacin de procesos asistida por ordenador: se optimiza la productividad de unproceso mediante la planificacin de todo el proceso, reduciendo costes.

- Tecnologa de grupos: se agrupa la fabricacin de piezas o componentes similares enfamilias o grupos (por similitud en su modo de fabricacin). Se estandarizan los diseos y la

planificacin de la produccin.

- Sistema de fabricacin Justo a Tiempo (Just in Time): la materia prima, los componentesy partes de un producto se suministran en cada fase productiva justo en el momento en elque hacen falta. Los componentes y partes se fabrican justo en el momento que hace falta.Los componentes y piezas se fabrican justo en el momento que los necesita el cliente. Seelimina o reduce al mnimo el almacenaje de productos. La calidad del producto se verificaen cada puesto de trabajo, cada puesto es responsable de la calidad en ese momento (lacalidad no se verifica solo al final del proceso). Este sistema tiene su origen en Japn, dondela disponibilidad de suelo industrial es reducida. Mtodo Sakichi Toyoda:

o Just In Time () Justo a Tiempo.

o Kanban (, tambin) Tarjeta, o ficha.

o Muda (, tambin) Despilfarro.


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o Heijunka () Nivelado de la produccin

o Andon () Pizarra.

o Poka-yoke () evitar (yokeru) errores inadvertidos (poka).

o Jidoka () No dejar pasar el error.

o Kaizen () Mejora Continua.

- Manufactura o Fabricacin Celular: se utilizan estaciones de trabajo o Celdas deFabricacin (con varias mquinas-herramienta) controladas por un control central. Cadamquina realiza una operacin diferente.

- Sistemas de Fabricacin Flexible: integran Celdas de Fabricacinen un sistema superior,

todos ellos gestionados o controlados por un control central. Son sistemas costosos, pero queson muy flexibles a la hora de cambiar el tipo de producto producido.

- Sistemas Expertos: sistemas informticos capaces de realizar tareas y resolver operacionescomplejas igual que lo haran expertos en la materia, pero con una capacidad mucho mayor.

- Inteligencia Artificial: uso de mquinas y ordenadores para reemplazar la inteligenciahumana. Sistemas que sean capaces de aprender de su entorno y tomar decisiones. LasRedes Neuronales Artificiales tratan de simular el razonamiento humano aplicado amodelar y simular procesos de fabricacin, controlarlos, diagnosticar problemas

Clasificacin de los niveles de automatizacin en fabricacin industrial:- Trabajos de Taller: se utilizan mquinas herramienta y centros de mecanizado con elevada

participacin de la mano de obra. Son muy flexibles pero con baja productividad.

- Produccin autnoma de NC: utiliza mquinas de Control Numrico, pero con elevadaparticipacin tambin de la mano de obra. Aumenta la produccin con respecto al anterior,pero baja bastante la flexibilidad.

- Celdas de manufactura: utilizan conjuntos de mquinas con control integrado porordenador y manejo flexible de materiales (incluso con robots industriales). Aumenta la

produccin con respecto los anteriores y mejora la flexibilidad con respecto al anterior.

- Sistemas flexibles de fabricacin: utilizan control por ordenador en todos los aspectos de lafabricacin, incorpora varias celdas de manufactura y sistemas automatizados de manejo demateriales. Aumenta la produccin con respecto a los anteriores y alcanza niveles deflexibilidad similares al primero.

- Lneas Flexibles de fabricacin: organiza la maquinaria controlada por ordenador en lnea,disminuye la flexibilidad con respecto al anterior pero aumenta la productividad.

- Lneas de flujo y lneas de transferencia: agrupamientos organizados de maquinaria conmanejo automatizado de materiales y mquinas. Estas lneas suelen tener la flexibilidadlimitada, pues se busca elevadas productividades a costa de ser un sistema ms rgido.


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En general, ventajas de la automatizacin:

- Integracin de los diferentes aspectos relacionados con la fabricacin o produccin, semejora la calidad, uniformidad, tiempos de fabricacin, costes

- Mejora la productividad

- Mejora la calidad (mayor repetibilidad)

- Menor participacin humana (reduce error humano)

- Reduce prdidas de piezas de trabajo por dao o fallo

- Mayor seguridad para el personal

- Minimiza la necesidad de espacio.

1.4 Bibliografa

[1] Kalpakjian, S.; Schmid, S.R.Manufactura, Ingeniera y Tecnologa. 2008. 5 Edicin, PearsonEducacin, Mxico.

[2] Espinosa, M.M.Introduccin a los Procesos de Fabricacin. 2000. 1 Edicin, UniversidadNacional de Educacin a Distancia (UNED), Madrid (Espaa).

Introducción a La Fabricación. Procesos y Sistemas

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