INDICE

1. ESTUDIO DE MEJORAMIENTO DEL PROCESO DE MECANIZADO DE UN TUBING HANGER....................2

INTRODUCCIÓN.............................................................................................................................................2

1.1. FORMULACION CLARA Y PRECISA DEL PROBLEMA DE LA INVESTIGACION......................................2

1.1.1. TIEMPOS ALTOS DE FABRICACIÓN DE LA PIEZA OCASIONADOS POR:.....................................................................21.1.1.1. Exceso de operaciones de manufactura:..................................................................................21.1.1.2. Tiempos Muertos en Alistamiento y Fabricación:....................................................................2

1.1.2. LA PRODUCCIÓN DE LA PIEZA ES INESTABLE DEBIDO A:.............................................................................21.1.2.1. Falta de documentación adecuada de los procesos de manufactura:......................................21.1.2.2. Criterios diferentes de fabricación, entre personas, para el mismo producto; se evidencia falta de comunicación:..............................................................................................................................21.1.2.3. Se evidencia un inadecuado control de herramientas, repuestos e insumos:...........................2

1.2. OBJETIVOS.................................................................................................................................... 2

1.2.1. OBJETLVO GENERAL:....................................................................................................................21.2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS:..............................................................................................................2

1.3. ALCANCE Y DELIMITACION............................................................................................................ 2

1.3.1. Alcance....................................................................................................................................21.3.2. Delimitación.............................................................................................................................2

1.4. JUSTIFICACIÓN..................................................................................................................................21.5. FACTIBILIDAD....................................................................................................................................2

2. MARCO TEÓRICO.............................................................................................................................. 2

2.1. CÁLCULO Y REDUCCIÓN DE TIEMPOS DE MECANIZADO.............................................................................22.2. INSERTOS INTERCAMBIABLES PARA MECANIZADO A ALTA VELOCIDAD (MAV)...............................2

Introducción:.............................................................................................................................................2Desgaste por abrasión:.............................................................................................................................2Desgaste por adhesión:.............................................................................................................................2Desgaste por difusión................................................................................................................................2Fallas mecánicas.......................................................................................................................................22.2.1. Estudio de las herramientas:....................................................................................................2

2.2.1.1. SUSTRATO................................................................................................................................ 2

2.2.2. Canales de evacuación de viruta según el tipo de material a mecanizar.................................22.2.3. Herramientas enterizas y de insertos:......................................................................................22.2.4. Recubrimientos........................................................................................................................2

2.3. VENTAJAS GENERALES DEL USO DE INSERTOS INTERCAMBIABLES..................................................2

3. ANTECEDENTES Y ESTADO DEL ARTE..................................................................................................2

3.1. ANTECEDENTES TEORICOS...............................................................................................................23.2. MECANIZADO PREDECIBLE Y SIN PROBLEMAS.................................................................................2

3.3. REDUCCION DE COSTES EN EL MECANIZADO...............................................................................2

1

3.4. MECANIZADO RÁPIDO CON MENOS HERRAMIENTAS..................................................................23.5. ANALISIS DE DURABILIDAD DE LOS INSERTOS DE TORNEADO EN FEPCO.........................................2

4. DESARROLLO DEL PROYECTO............................................................................................................. 2

4.1. PRIMERA FASE..................................................................................................................................24.1.1. REVISION DE LA NORMA API 6ª...............................................................................................24.1.2. RECOLECCION DE INFORMACION SOBRE METODO ANTERIOR DE FABRICACION....................2

4.2. SEGUNDA FASE: ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN......................................................................................24.3. TERCERA FASE: REALIZACION DE TABLA DE CALCULOS Y DISEÑO DEL MODELO DE PRODUCCIÓN.......................24.4. PROCESO PROPUESTO DEL MECANIZADO DEL TUBING HANGUER.................................................2

5. CONCLUSIONES................................................................................................................................. 2

2

1. ESTUDIO DE MEJORAMIENTO DEL PROCESO DE MECANIZADO DE UN TUBING HANGER.

INTRODUCCIÓNDurante años, pocas compañías pensaban que las Operaciones y sus Procesos podían ser una fuente

importante de ventajas competitivas. A medida que las empresas Japonesas se convirtieron en competidores

globales y dominaron amplios sectores de la producción industrial (automóviles, electrodomésticos, productos

electrónicos, etc.), en las décadas de los setenta y ochenta, las empresas americanas empiezan a estudiar

los motivos de estos éxitos. Lo más importante que encontraron, es prácticamente que en todas las

empresas japonesas, existía una alta eficiencia y calidad en los procesos productivos, así como en la

organización de las operaciones para la prestación de servicios. Adicionalmente estas empresas lograban

lanzar y consolidar nuevos productos en tiempos extremadamente cortos. Paralelamente al auge de su

exitoso desarrollo y a la incesante producción de los avances tecnológicos las empresas analizadas

establecieron unos patrones de referencia, Benchmarking, Manufactura Esbelta, Justo a tiempo,

mejoramiento continuo, Calidad y productividad de clase Mundial, etc.

Los empresarios occidentales entendieron que para recuperar competitividad tenían que lograr que las

operaciones deben ser parte fundamental de una estrategia corporativa orientada básicamente a:

Agregar valor a los productos.

Atender eficientemente las necesidades de los clientes.

Por otro lado para la automatización de procesos, se desarrollaron máquinas operadas con Controles

Programables (PLC), actualmente de gran ampliación en industrias como la textil y la alimentación y

posteriormente en la era de la informática se desarrollaron programas de computación que articulaban

sistemáticamente las etapas de diseño y control de la producción como son:

Software de Dibujo (CAD) Diseño Asistido por Computador,

Software de Ingeniería (CAD/CAE), Ingeniería Asistida por Computador

Software de Manufactura CAM, Manufactura Asistida por Computador, para el manejo de proyectos,

para la planeación de requerimientos, para la programación de la producción, para el control de

calidad, entre otros.

El propósito del proyecto, es realizar un estudio de mejoramiento del proceso de mecanizado del sistema de

sujeción de tubería de bombeo (Tubing Hanger), en la compañía colombiana de Fabricación de Equipos

Petroleros de Colombia FEPCO, fundada en 1985 y que desde 1991 ha incursionado en los mercados de

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Colombia, Venezuela, Ecuador, Perú y el Caribe, convirtiéndose en un proveedor muy importante para las

compañías operadoras que tienen actividad en esos países, no sólo por el suministro de Árboles de Navidad

(Cabezales de Pozo), sino en otros equipos y herramientas utilizados como parte del proceso de perforación y

extracción de hidrocarburos, en el sector petrolero. Dicha investigación pretende dar una solución a los

problemas tecno-económicos presentados en el proceso de fabricación del sistema de sujeción de tubería de

bombeo (Tubing Hanger), tendiendo un puente entre la Ingeniería de Diseño y la Ingeniería de Manufactura, a

través del uso de la una rama académica que es la Ingeniería en Procesos Industriales recientemente

implementada en las instituciones de Colombia y cuyo pionero en nuestro país ha sido el Profesor Olver

Sepulveda (Licenciado en Matemáticas e Ingeniero de Producción), en el Instituto Técnico Central la Salle.

Esta ciencia permite articular la información técnica que se genera en los departamentos de diseño con la

que implementan los técnicos y operarios en la manufactura.

1.1. FORMULACION CLARA Y PRECISA DEL PROBLEMA DE LA INVESTIGACION

1.1.1. Tiempos altos de fabricación de la pieza ocasionados por:

1.1.1.1. Exceso de operaciones de manufactura: esto se debe en principio al

desconocimiento de herramientas versátiles de última tecnología que disminuirían el

número de operaciones ya que estas permiten mediante una sola herramienta hacer

varias operaciones en una sola pasada.

1.1.1.2. Tiempos Muertos en Alistamiento y Fabricación: Esto se debe a

la utilización inadecuada de Hojas de procesos y a la carencia de dispositivos de

seteado de herramientas automáticos que disminuyan los tiempos de alistamiento de las

herramientas y maximice el tiempo útil de funcionamiento de las maquinas.

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1.1.2.La Producción de la pieza es Inestable debido a:

1.1.2.1. Falta de documentación adecuada de los procesos de

manufactura: Esto se debe a la ausencia de hojas de control y ruta de

operaciones de los procesos que se llevan a cabo en la fabricación de la pieza.

1.1.2.2. Criterios diferentes de fabricación, entre personas, para el

mismo producto; se evidencia falta de comunicación: Se

evidencia una falta de trazabilidad y repetitividad de los procesos de mecanizado ya que

el orden en las rutas de operaciones pueden variar según la persona que lidere los

procesos en planta

1.1.2.3. Se evidencia un inadecuado control de herramientas,

repuestos e insumos: Esto hace referencia, a la forma como se manejan los

inventarios de herramientas y sobre todo a la falta de planeación sobre el alistamiento

de juegos de herramientas para determinados lotes de producción. En la actualidad

estas se solicitan casi encima del siguiente proceso lo que genera tiempos muertos de

alistamiento y lo que hace impredecible e inestable la manufactura del mismo.

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1.2. OBJETIVOS

1.2.1. OBJETlVO GENERAL:Estudiar el mejoramiento del proceso de mecanizado de un Tubing Hanger, haciendo más rápida,

flexible, estable, económica y rentable su ejecución.

1.2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS:1.2.2.1. Mejorar los tiempos de producción del proceso de mecanizado del Tubing Hanger, a

través de la aplicación de los conceptos de ingeniería de procesos, articulando la

Ingeniería de Diseño con la ingeniería de manufactura.

1.2.2.2. Disminuir los costes de producción aplicando métodos de fabricación de vanguardia,

haciendo uso de herramientas, dispositivos de sujeción, refrigerantes de última

tecnología.

1.2.2.3. Mejorar el grado de maquinabilidad del proceso permitiendo un mecanizado económico

con una seguridad y predecibilidad máxima, combinada con una productividad alta y

costes de fabricación bajos.

1.2.2.4. Realizar el máximo aprovechamiento de la maquinaria, llevando al máximo permisible

las condiciones críticas de corte, organizando racionalmente el numero de montajes,

mejorando la trazabilidad y repetitividad de los procesos lográndolos más estables.

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1.3. ALCANCE Y DELIMITACION

1.3.1. AlcanceSe realizara un análisis del mecanizado actual del tubing hanger, se recolectara toda la información necesaria

para analizarla y posteriormente se presentara una propuesta de tipo teórico en donde se buscara reducir los

tiempos y los costos de fabricación. Dicho documento quedara como propuesta de mecanizado eficaz y

antecedente para la evaluación de su viabilidad técnico económica y posible implementación en el futuro por

parte de la compañía FEPCO.

1.3.2. DelimitaciónEl resultado de los estudios de la presente investigación solo serán validos y aplicables para esta compañía

por las características propias de la maquinaria, infraestructura, diseños de producto (“Body Tubing Hanger 11

X 3-½” EUE X 3-1/8”), y demás información de carácter confidencial de la organización. La demostración y

veracidad de los resultados se podrán evidenciar a través de la simulación de un programa CAD CAM el cual

se anexara en la propuesta de reingeniería parcial del proceso, soportado en cálculos teóricos y

recomendaciones en cuanto a rutas de proceso, herramientas y portaherramientas, dispositivos de sujeción, y

operaciones de verificación y control de calidad.

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1.4. JUSTIFICACIÓN.La industria metalmecánica de prestación de servicios de mecanizado (Machine Shop) del sector petrolero

está adquiriendo máquinas herramientas de última tecnología, pero muchas de éstas no son aprovechadas al

máximo por las empresas, debido a que las velocidades no se optimizan y los materiales de las herramientas

de corte no siempre son los más adecuados. Las herramientas de corte deben cumplir con tres propiedades

importantes: tenacidad, dureza en caliente y resistencia al desgaste. Un material para herramienta

ampliamente usado desde principios del siglo XX es el acero de alta velocidad o acero rápido (HSS), se ha

seguido usando debido a que se han hecho mejoras en los ingredientes de aleación y por su bajo costo. Las

herramientas de acero de alta velocidad son reafilables, ya que todo el vástago es del mismo material.

Actualmente existen nuevos materiales para herramientas con mejores propiedades mecánicas, como son los

carburos cementados y los cerámicos. Estos materiales son desechables y se fijan mecánicamente en un

portaherramientas. La vida de la herramienta es un factor importante para la reducción de los costos de

mecanizado. Este es un factor importante en el proceso de fabricación, en donde los tiempos de mecanizado

siempre deben ser los mínimos ya que en el sector de los hidrocarburos no se puede perder tiempo por falta

de equipos, lo cual hace que los tiempos de entrega del proveedor a la empresa operadora sean demasiado

cortos, lo que son comúnmente llamadas “emergencias” (equipos para entregar en el menor tiempo posible)

por tal razón la velocidad de respuesta debe ser respaldada por un excelente proceso de producción en

donde se tengan controlados los factores, y de esta manera poder hacer una proyección planeada sin tener

ningún tipo de contratiempos por una mala estimación de tiempos en la fabricación. Por otra parte el mercado

de prestación de servicios del sector hidrocarburos es cada día más competitivo y la diferencia en calidad,

tiempos de entrega, alto performance, y en general altos estándares de calidad en la producción de estas

importantes piezas, recae en gran parte en la gama de maquinas herramientas, el método de producción, las

calidad de los materiales, las condiciones de corte en el mecanizado, la trazabilidad, estabilidad de los

procesos y en los controles de calidad que se realicen.

Actualmente se presentan muchos inconvenientes en la fabricación del “Body Tubing Hanger 11 X 3-½” EUE

X 3-1/8”, principalmente en el mecanizado y en especial en las roscas ya que por no tener datos de corte

estandarizados de las plaquitas de corte intercambiables, estas sufren desgastes inesperados causando

problemas de tolerancias en la pieza solicitadas por el plano, el uso no adecuado de las herramientas exige

de la maquina unas condiciones diferentes de trabajo, las cuales repercuten especialmente en el

mantenimiento de la maquina y los portaherramientas, además estas se dan más exactamente en los

esfuerzos generados en el husillo y los servomotores que actúan en el movimiento para las operaciones de

corte, minimizando la vida útil de los rodamientos y los elementos mecánicos expuestos a las condiciones de

trabajo generadas por el uso inadecuado de las velocidades de corte. La falta de dispositivos hace más largo

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el proceso ya que el operario debe hacer un análisis de cómo sujetara la pieza a la maquina, lo cual hace que

pierda tiempo en la búsqueda de los elementos necesarios para la sujeción y la ubicación de la pieza a

trabajar. En realidad implementar una reingeniería de procesos de fabricación en FEPCO a corto plazo se

hace muy necesario puesto que solucionaría el problema de la inestabilidad de la producción y se haría más

rentable el mecanizado, además que haciendo el estudio en la pieza más compleja por el numero de

operaciones y geometría de la misma es decir el Tubing Hanger, se daría el primer paso para la

implementación total de la Ingeniería de procesos de fabricación en el grueso de las operaciones de FEPCO

en el futuro.

1.5. FACTIBILIDADEsta investigación está orientada a estandarizar los procesos de mecanizado con el fin de reducir los tiempos

de fabricación y la subutilización de la maquinaria, ya que ahí es donde se encuentran los principales costos

que afectan el producto y por consiguiente las ganancias económicas, eje principal de la compañía. Para la

realización de este proyecto se cuenta con un recurso tecnológico muy importante como son los equipos

CNC, las cuales son maquinas con potencia y velocidad suficiente para producir más rápido y a menor costo,

aprovechando al máximo las especificaciones técnicas, tanto de la maquina y las herramientas utilizadas en el

mecanizado. Otro aspecto importante para cumplir este objetivo es el recurso humano, para la cual se cuenta

con dos ingenieros mecánicos con amplios conocimientos en herramientas de corte así como de organización

y estandarización de procesos, en la parte operativa la compañía cuenta con personal con gran experiencia

con este tipo de maquinas, aspecto importante para obtener el mejor rendimiento.

En cuanto al aspecto económico es una investigación que para su propuesta no representa mayor costo, ya

que será una trabajo teórico de carácter monográfico como proyecto de apoyo tecnológico a la industria

colombiana, en el caso hipotético que sea implementado va a sentar un precedente importante en la

ingeniería de procesos de mecanizado y a su vez va a generar un impacto directo en los costos de

fabricación del equipo, lo que le permitirá a la empresa ser más competitiva en el mercado nacional en pro de

consolidar el desarrollo tecnológico de nuestro país frente a la presencia de compañías multinacionales con

productos manufacturados en el exterior.

2. MARCO TEÓRICO

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2.1. Cálculo Y Reducción De Tiempos De Mecanizado El volumen de producción y los costos se deben considerar en los procesos de producción de piezas. En la

industria se debe optimizar el proceso maximizando la producción y minimizando los costos. Para lograr

dicho objetivo es necesario considerar todos los costos y el tiempo requerido para maquinar una determinada

pieza. El tiempo del ciclo de producción de una pieza (maximización del ciclo de producción) depende de dos

factores:

a) El acabado y la exactitud dimensional de la superficie

b) La cantidad de material por remover.

El tiempo del ciclo de producción de una pieza (Tp) se puede calcular por la siguiente expresión:

Tp=Td+Tm+ TcNp

Ecuación 1

Td = tiempo para montar y desmontar la pieza en la máquina herramienta.

Tm = tiempo que la herramienta utiliza para maquinar durante un ciclo.

Tc = tiempo de cambio de la herramienta cuando se desgasta.

Np = cantidad de piezas que se maquinan con un filo cortante.

Al aumentar la velocidad de corte, disminuye el tiempo de corte, pero aumenta el tiempo de cambio de la

herramienta, mientras que el tiempo para montar y desmontar la pieza permanece constante. El tiempo de

maquinado para una operación de torneado se puede calcular mediante

la siguiente expresión:

Tm=π∗D∗LVc∗F

Ecuación 2

Donde L es la longitud de la pieza de trabajo. La cantidad de piezas que se maquinan se puede calcular

como:

Np= T/Tm.

Por tanto, reemplazando en la ecuación (3) tenemos la siguiente expresión:

Tp=Td+ π∗D∗Lf∗Vc

+Tc ¿¿ Ecuación 3

10

La velocidad de corte para máxima velocidad de producción se puede obtener haciendo la derivada de la

ecuación (5) con respecto a la velocidad de corte igual a cero:

∂Tc∂Vc

=0 Vmax= C

[( 1n−1)Tc ]

n Ecuación 4

La vida de la herramienta para máxima velocidad de producción queda de la siguiente manera:

Tmax=( 1n−1)∗Tc Ecuación 5

Para minimizar el costo por unidad se deben considerar dos factores:

La vida de la herramienta de corte, además las fuerzas y potencia.

La economía se puede conseguir cuando el acabado y la exactitud necesarios se logran al mínimo

costo por unidad. Las herramientas desechables, insertos o plaquitas intercambiables, se pueden

rotar para usar otro filo de corte, cuando se desgastan. Normalmente existen seis u ocho filos por

inserto, dependiendo de su forma. El costo de la herramienta se puede calcular como:

Cf= PfNe

Ecuación 6

Donde Cf es el costo por filo cortante,

Pf es el precio de cada inserto y

Ne es la cantidad de filos cortantes por inserto.

Para herramientas reafilables como las de acero rápido o de carburo soldado, se debe considerar el costo el

reafilado.

Cf= PfNg

+Tg∗Cg Ecuación 7

Donde Cf es el costo por vida de la herramienta,

Pf es el precio de la herramienta de vástago sólido o carburo soldado,

Ng número de veces que se puede re afilar la herramienta,

Tg es el tiempo que tarda en afilar la herramienta y

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Cg es la tasa de afilado el costo total por unidad de producto (Cp) queda:

Cp=Co∗Td+Co∗Tm+Co∗TcNp

+ CfNp

Ecuación 8

Donde Co es la tasa de costo para el operario y la máquina,

Co∗Td Ecuación 9

es el costo de montar y desmontar la pieza,

Co∗Tm Ecuación 10

es el costo del tiempo de maquinado,

Co∗TcNp

Ecuación 11

es el costo del tiempo del cambio de la herramienta y

CfNp

Ecuación

12

es el costo de la herramienta por unidad del producto,

Al aumentar la velocidad de corte disminuye el costo del tiempo de maquinado, pero aumenta el costo de la

herramienta y el costo del tiempo de cambio de la herramienta y permanece constante el costo de montar y

desmontar la pieza, En la Figura 9 se muestra cómo varía el costo de producción para diferentes velocidades

de corte.

Expresando la ecuación anterior en términos de la velocidad de corte, se obtiene.

Cp=Co∗Td+CoπD∗Lf∗Vc

+(Co∗Tc+Cf )(π∗D∗L∗Vc

(1n−1)

)

fC(

1n)

Ecuación 13

Derivando ∂Cp /∂Vc se puede hallar la velocidad de corte para el costo mínimo por pieza

12

Vmin=C (

n1−n

∗Co

Co∗Tc+Cf)

Ecuación

14

La vida de la herramienta para el costo mínimo por pieza se puede calcular como:

Tmin=( 1n−1)(Co∗Tc+CfCo

)

Ecuación 15

2.2. INSERTOS INTERCAMBIABLES PARA MECANIZADO A ALTA VELOCIDAD (MAV)

Introducción:En el mecanizado a alta velocidad (MAV) se puede decir que la herramienta es un factor clave. El MAV no

existiría si no se dispusiera de herramientas capaces de soportar las nuevas condiciones de mecanizado, en

especial las elevadas temperaturas de oxidación. El desgaste y los altos costes de las herramientas suponen

actualmente una limitación en el mecanizado. Una limitación que va decreciendo poco a poco. Pero cuales

son las causas más comunes por las que se desgastan las herramientas:

Desgaste por abrasión: desgaste producido por el contacto entre materiales

más duros que la herramienta y la propia herramienta rayándola y desgastándola.

Desgaste por adhesión: cuando en la zona de corte debido a las altas

temperaturas, el material de corte y la herramienta se sueldan y, al separarse, parte de

la herramienta se desprende.

Desgaste por difusión: desgaste producido por el aumento de la temperatura

de la herramienta, con lo que se produce una difusión entre las redes cristalinas de la

pieza y la herramienta, debilitando la superficie de la herramienta.

Fallas mecánicas: fallas producidas por estrategias, condiciones de corte,

herramientas, etc. inadecuadas.

El material de la herramienta debe cumplir con habilidades específicas tales como:

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Figura 1. Componentes del Costo en una Operación de Mecanizado

a) Ser suficientemente dura para resistir el desgaste y deformación pero tenaz para resistir los cortes

intermitentes e inclusiones.

b) Ser químicamente inerte en relación al material de la pieza de trabajo y estable para resistir la

oxidación, para evitar que se genere el filo recrecido y desgaste prematuro.

Estas propiedades permitirán mecanizar con altas velocidades de corte, aumentar la vida de las herramientas,

permitir obtener la mejor calidad superficial y dimensional posible en la pieza a mecanizar.

Pero, ¿cómo sabremos qué herramientas utilizar, qué papel juega cada una de sus propiedades?. ¿Cómo

seleccionaremos la herramienta adecuada para cada material?. Y, para cada aplicación en concreto, ¿cuáles

son los factores que influyen tanto en la vida de la herramienta como en la calidad superficial de la pieza: los

recubrimientos, su geometría, el fluido refrigerante, el fluido de corte y la estrategia de mecanizado, longitud

de la herramienta, etc.? Para conocer un poco más a fondo estas características realizaremos un estudio de

las herramientas.

2.2.1. Estudio de las herramientas:Para realizar el estudio de las herramientas seleccionaremos los tres campos clave en una herramienta

(material de la herramienta), geometría y recubrimiento.

2.2.1.1. Sustrato.

a) Aceros: para trabajos en frío o en caliente - No se utilizan en el MAV

b) Acero rápido: una aleación de metales que contiene alrededor de un 20% de partículas duras.

Apenas se utilizan en el MAV.

c) Carburo cementado o metal duro: hecho con partículas de carburo unidas por un aglomerante a

través de un proceso de sinterizado. Los carburos son muy duros y representan de 60% a 95% del

volumen total. Los más comunes son: Carburo de tungsteno (WC), carburo de titanio (TiC), carburo

de tantalio (TaC), carburo de niobio (NbC). El aglomerante típico es el cobalto (Co). Son muy

adecuados para el mecanizado de aluminio y silicio.

d) Carburo cementado recubierto: la base de carburo cementado es recubierta con carburo de titanio

(TiC), nitruro de titanio (TiN), óxido de aluminio (Al2O3) y nitruro de titanio carbono (TiCN), nitruro de

titanio y aluminio (TiAlN). La adhesión del recubrimiento será mediante CDV (deposición química por

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vapor), PVD (deposición física por vapor) y MTCVD (deposición química por vapor a temperatura

media). Buen equilibrio entre la tenacidad y la resistencia al desgaste.

e) Cermets (CERamic / METal): Aunque el nombre es aplicable incluso a las herramientas de carburo

cementado, en este caso las partículas base son de TiC, TiCN, TiN en vez de carburo de tungsteno.

El aglomerante es níquel-cobalto. Buena resistencia al desgaste y formación de cráteres, alta

estabilidad química y dureza en caliente. Baja tendencia a la oxidación y a la formación del filo

recrecido. Son de gran dureza y resistencia a la abrasión en detrimento de su tenacidad. Los

cermets se aplican mejor a aquellos materiales que producen una viruta dúctil, aceros y las

fundiciones dúctiles. Los modernos aleados TaNbC y MoC añadidos incrementan la resistencia de

los cermets ante el choque cíclico propio de la operación de fresado.

f) Cerámicos: Existen dos tipos básicos de cerámica: Las basadas en óxido de aluminio (Al2O3) y las

de nitruro de silicio (Si3N4). Son duras con alta dureza en caliente, y no reaccionan químicamente

con los materiales de la pieza. Sin embargo son muy frágiles. Ideales para el mecanizado de piezas

en duro y como reemplazo de las operaciones de rectificado. ·

g) Nitruro de Boro Cúbico (CBN): Es uno de los materiales más duros. Ocupa el segundo lugar después

del diamante. Dureza extrema en caliente, excelente resistencia al desgaste y en general buena

estabilidad química durante el mecanizado. Es frágil, pero más tenaz que las cerámicas.

h) Diamante policristalino (PCD): Es casi tan duro como el diamante natural. Este diamante sintético

tiene una increíble resistencia al desgaste y una baja conductividad térmica. Sin embargo, son muy

frágiles. La vida de la herramienta es hasta cien veces mayor que la del carburo cementado.

Desventajas: las temperaturas de corte no deben exceder 600 ºC, no puede ser usado para cortar

materiales ferrosos porque existe afinidad, y no sirve para cortar para materiales tenaces.

2.2.1.2. Geometría

a) Espiga (cuello) cónica: Con el fin de mejorar la rigidez.

b) Alma de gran diámetro: Mayor estabilidad a la herramienta, reduce las vibraciones y el riesgo de

mellado de los filos. Menor flexión y una mejor tolerancia de la pieza mecanizada.

c) Cuello de la herramienta rebajado: Mayor alcance en cajeras profundas. Evita el contacto y los roces.

2.2.1.3. Reduce las vibraciones.

a) Mango cilíndrico largo: Para una mejor sujeción y equilibrio.

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b) Ángulo de desprendimiento negativo (-15º): Mayor estabilidad y resistencia del filo. Menor tiempo de

contacto con la viruta. El calor se transmite a la viruta. Mínima tolerancia de radio. Mejor acabado

superficial. Menor necesidad de pulido. Producto final más próximo a la forma definitiva.

2.2.2. Canales de evacuación de viruta según el tipo de material a mecanizar.

2.2.2.1. Aleaciones ligeras: Arista muy viva para permitir un corte suave evitando la adherencia

de material al filo. Herramientas de pocos labios (2) con ángulos de hélice de 25º a 30º y

paso largo para facilitar la evacuación de grandes caudales de viruta.

2.2.2.2. Materiales duros: Pasos y longitudes de corte cortos, mayor rigidez. Mucha hélice para

disminuir la resistencia al corte y mejorar el acabado. Herramientas de muchos labios (4-

8): Breve contacto con la viruta menor absorción de calor, viruta corta.

2.2.3. Herramientas enterizas y de insertos:2.2.3.1. Enterizas: Mayor precisión, rigidez y equilibrado. Mejor calidad de pieza. Disposición de

herramientas de cualquier diámetro. Elevado coste. Distintos tipos de material. Dificulta

a la hora del afilado: necesidad de una estrecha relación proveedor-usuario.

2.2.3.2. De insertos: Menos rígida: Menor precisión superficial y dimensional. Diámetros

cercanos a los 8 mm. Solo metal duro para MAV. Normalmente para desbaste, necesita

mucha potencia. Menor coste. Facilidad de reposición.

2.2.4. RecubrimientosLas características principales de los recubrimientos se resumen en los siguientes puntos:

a) Aumentan la dureza en los filos de corte de la herramienta.

b) Facilitan la disipación del calor acumulado en el filo de corte.

c) Baja conductividad térmica que favorece la eliminación del calor a través de la viruta.

d) Aumentan la resistencia a la abrasión, disminuyen la afinidad herramienta-pieza.

e) El grosor del recubrimiento varía entre 0.0001”y 0.0005”.

f) Los recubrimientos se aplican mediante deposición química de vapor o deposición física de vapor.

2.2.4.1. Recubrimientos de TiAlN

Son los que más se utilizan actualmente, y poco a poco van dejando atrás los demás. Los recubrimientos

TiAlN multicapa están remplazando los de TiCN, y los monocapa a los de TiN. TiAlN (multicapa y monocapa)

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son recubrimientos extraduros (PVD) basados en nitruro de titanio aluminio que destacan por su dureza,

estabilidad térmica y resistencia a ataques químicos. Protegen las aristas de corte por abrasión y adhesión así

como por carga térmica.

a) Multicapa: combina la elevada tenacidad de la estructura multicapa, con su alta dureza 3.000 (Hv

0.05) y la buena estabilidad térmica, 800ºC, y química de la capa TiAlN. Así protege las herramientas

de corte de acero rápido y metal duro contra el desgaste prematuro producido por tensiones severas.

Debido a su estabilidad térmica, permite trabajar en mecanizados a altas velocidades e incluso en

seco o con mínima cantidad de lubricante.

b) Mono capa: desarrollado para su aplicación en fresas de metal duro utilizadas en condiciones de

mecanizado severas. Su elevada dureza, 3.500 (Hv 0.05), y notable estabilidad térmica, 800ºC, y

química hacen que sea óptimo para las fresas que se utilizan en el mecanizado de materiales

térmicamente tratados, como por ejemplo en moldes, punzones, matrices y utillajes de forja..

2.2.4.2. Recubrimiento de diamante

Se utiliza en herramientas para mecanizar materiales muy abrasivos como el grafito. Durante el mecanizado

de estos materiales las herramientas se desgastan rápidamente y la calidad de las superficies mecanizadas y

la precisión dimensional son pobres. Con las herramientas recubiertas de diamante, un recubrimiento cuya

dureza es superior a los 8.000Vickers, además de obtener una vida útil más larga y poder aumentar las

velocidades de corte, disminuyendo así de manera importante el tiempo de mecanizado, se consigue un buen

acabado de la superficie y una buena precisión dimensional.

2.2.4.3. Recubrimiento WC/C

Realizado por deposición física al vapor a temperaturas alrededor de los 200 ºC. Al realizarse el proceso de

recubrimiento en alto vacío, las propiedades del recubrimiento son sustancialmente mejores que las logradas

a presión atmosférica (proyección térmica), o en gases y baños (nitruración, galvanizado). Los recubrimientos

tienen un espesor de capa de solo unas micras de espesor y son la última operación dentro de los

componentes de precisión. Este recubrimiento presenta una combinación única de características:

Bajo coeficiente de fricción, alta resistencia al desgaste, una excelente capacidad de carga.

2.2.4.4. Recubrimientos de TiAlN Monocapa Mombinado con WC/C

Este recubrimiento hace frente a todos aquellos mecanismos de desgaste que se dan en la formación y

evacuación de viruta. Este recubrimiento combina la alta dureza y estabilidad térmica del recubrimiento TiAlN

con las buenas propiedades de deslizamiento y lubricación del recubrimiento WC/C. Se utiliza sobre todo en

taladrados y roscados.17

2.3. VENTAJAS GENERALES DEL USO DE INSERTOS INTERCAMBIABLES

Las principales ventajas al usar insertos de carburo recubiertos con respecto a las herramientas de acero

rápido convencionales son las siguientes:

a) Reduce tiempos de mecanizado

b) Se pueden alcanzar elevadas velocidades de corte y avances

c) Se elimina el afilado de la punta de la herramienta

d) Aumento de resistencia al desgaste (adecuada refrigeración)

e) Reduce el tiempo de paro por cambios de herramienta

f) Se eliminan piedras para el afilado de buriles

g) Se puede seleccionar recubrimiento y rompeviruta para cada aplicación

h) Mejora el acabado y presentación de las piezas

i) Reduce el desgaste visual del operario

j) Entre otras.

3. ANTECEDENTES Y ESTADO DEL ARTE

3.1. ANTECEDENTES TEORICOS Según estudios realizados sobre la influencia del costo de las herramientas de corte, en el costo total de

mecanizado establecido por el señor Patrick de Vos3, director de formación técnica de la firma sueca SECO,

en su publicación semestral de la revista “The New Edge” en 2008, argumentando que el costo del

herramental en promedio de un proceso de mecanizado, es tan solo el 3% del costo de producción total,

minimizado por un considerable 33% del recurso humano, un 25% de las maquinas herramientas, un 23% de

Infraestructura y un 16 % del los materiales de fabricación. También considerable resulta el hecho de

aumentar en un 20% las condiciones de corte, puesto que si así se hace, se reducen tiempos de fabricación

y por tanto los costos de producción en un 15%, en contraste de lo que sucedería si se lograra ahorrar en

50% el costo de la herramienta a merced de tener menos productivad, donde tendríamos un ahorro promedio

del 1,5%, tal como se puede observar en la figura 4.

18

3.2. MECANIZADO PREDECIBLE Y SIN PROBLEMASUna de las preocupaciones principales del ingeniero Mecánico reside en examinar que los equipos respondan

lo mas enteramente a las necesidades de la economía industrial, que den el mayor efecto económico y que

dispongan de los índices más altos técnico- económicos y de explotación. Según Patrick de Vos, “El objetivo

de cualquier proceso de mecanizado debería ser alcanzar la seguridad y predecibilidad máximas, combinadas

con la productividad más alta y los costes de producción más bajos”3. Los índices macros que intervienen en

la maquinabilidad de un proceso de mecanizado son: productividad, coste total de mecanizado, coste de

herramientas, coste de maquinaria. Existen otros índices a nivel micro que son: Inherentes al Material

(composición química, conductividad térmica, propiedades mecánicas, estructura cristalina del material, tipo

de proceso de conformación, etc.), condiciones de mecanizado, material y geometría de la herramienta,

portaherramientas, dispositivos de sujeción, refrigerante, maquinaria métodos de fabricación y por último el

factor humano.

El objetivo de cualquier proceso de mecanizado debería ser el de alcanzar la seguridad y la predecibilidad

máximas, combinadas con la productividad más alta y los costes de producción más bajos. Para logrado es

preciso tener en cuenta varios elementos: el material, la geometría y las dimensiones de la pieza de trabajo, la

máquinas herramientas, los sistemas CAM (mecanizado asistido por ordenador), la sujeción de la pieza de

trabajo y las herramientas, y el método. Las variables que pueden provocar problemas, durante el

mecanizado son las siguientes:

__________________________

3 PATRICK DE VOS. Publicación “The New Edge”. Aumentar la Productividad de Verdad, Seco Tools, Suecia: Febrero de 2008. p. 34

.

4 Ibid., p. 35.

a) Arranque y evacuación de la viruta: este aspecto requiere un control absoluto. De lo contrario, las

virutas largas pueden provocar paradas de la producción y daños en las piezas de trabajo, las

máquinas y las herramientas, además de lesiones a los operarios. Es indispensable comprender

perfectamente las presiones de corte que soporta la herramienta. Si se pierde el control, existe el

riesgo de que se rompan las herramientas, se mellen las aristas de corte y se produzcan vibraciones

durante la operación. Todo ello conduciría a paradas de la producción y piezas mal acabadas.

19

Figura 2. Distribución de costos de producción de cada elemento con referencia al costo de producción total en el mecanizado

b) Desgaste de la herramienta: debe ser continuo, es decir, desgaste del flanco o desgaste en cráter.

Es necesario evitar el desgaste de la herramienta que se produce de forma súbita (rotura o

astillamiento).

c) Calor: el mecanizado de metales genera mucho calor. Si no se evacua con la viruta, se concentra en

la superficie de la herramienta o de la pieza de trabajo, comprometiendo la calidad de la pieza

acabada. Una temperatura elevada en la herramienta provoca cambios en las propiedades de corte

del material, lo que tiene como consecuencia lógica que la herramienta pierda vida útil. Todos estos

factores pueden dificultar el proceso de acabado de las piezas de trabajo con la calidad adecuada

en términos de dimensiones, forma, rugosidad superficial, estructura superficial, etc.

Para evitar estos problemas, hay que considerar detenidamente el proceso de mecanizado y la

interacción entre los distintos elementos. Un elemento clave es el método de mecanizado. Podemos

elegir entre el mecanizado tradicional, el mecanizado a alta velocidad; el mecanizado de altos

avances o el mecanizado de alta productividad. Todos tienen ventajas, y también inconvenientes.

Por eso no todos los métodos ofrecen la misma seguridad de mecanizado en una situación dada.

Una arista de corte bien elegida en términos de material y geometría para el método de mecanizado

seleccionado es de la mayor importancia para que el proceso de mecanizado sea fiable. El material

de la herramienta debe estar adaptado al material de la pieza de trabajo, con la velocidad de corte

como elemento de unión entre ambos. La geometría de la arista de corte también requiere una

cuidadosa elección que tenga en cuenta la finalidad de la operación, por ejemplo desbaste o

acabado. En este caso, los elementos de unión son el avance y la profundidad de pasada. A

continuación hay que considerar la selección de la combinación adecuada: velocidades de corte

elevadas combinadas con avances bajos o avances altos con velocidades de corte moderadas.

Cada dato de corte debe seleccionarse correctamente. La velocidad de corte tiene que ser lo

bastante alta para evitar el desgaste por recrecimiento de los filos. Pero no debe ser tan alta que el

proceso de desgaste dependa principalmente de los patrones de desgaste térmico-químicos. La

profundidad de pasada y el avance deben seleccionarse de modo que el arranque de viruta y los

impactos mecánicos en la arista de corte (presiones de corte) estén bajo control.

20

Cuando la seguridad es importante en el proceso de mecanizado (pero se quiere mantener la productividad lo

más alta posible), la elección debe recaer en profundidades de pasada y avances altos combinados con

velocidades de corte moderadas (mecanizado económico). Las velocidades de corte se pueden aumentar

después si las circunstancias lo permiten y si la productividad pesa más que los costes de producción en el

cuadro general. Sin embargo, cuanto mayores son las velocidades de corte, más altas son las probabilidades

de que se presenten "riesgos imprevistos" durante el proceso.

3.3.REDUCCION DE COSTES EN EL MECANIZADOPara aumentar la productividad y reducir los costes de mecanizado significativamente se deben tener en

cuenta unas condiciones:

La primera condición es tener las herramientas adecuadas y adaptadas a las circunstancias (máquinas y

material). Luego de tener controlados estos dos aspectos, hay que determinar cuáles son los datos de corte

más eficientes para esa herramienta. Decidir qué herramienta es la más adecuada para una operación no es

fácil. Depende en gran medida de la cantidad de piezas a fabricar y de la complejidad de la operación (figura

7), un enfoque consiste en ajustar a la perfección la herramienta al proceso, para ello hay que tener en

cuenta todas las variables, asegurándose de que en cada paso del proceso el tiempo efectivo (el tiempo de

mecanizado real) se emplee con la máxima eficiencia posible, uno de los inconvenientes de este enfoque es 21

Figura 3. La maquinabilidad es el grado en que el proceso de mecanizado se puede ejecutar sin problemas, es decir, con predecibilidad

Figura 4. a) Tanto el material de mecanizado como la geometría de la arista de corte deben ser adecuados para la operación de mecanizado.(b) Se pueden usar diferentes combinaciones de condiciones de mecanizado. Todas ellas son técnicamente viables, pero dan lugar a distintos "niveles de seguridad".

que se debería tener una cantidad extensa de herramientas diferentes, una para cada operación, lo cual

aumentaría el tiempo de ajuste de máquina-herramienta. En resumen, este enfoque reduce el tiempo efectivo,

pero lo aprovecha de forma óptima.

Figura 5 Evaluación de los diferentes tiempos que se presentan en el mecanizado, con relación al tamaño de los lotes de producción

El otro enfoque implica el uso de herramientas universales. Este método reduce los tiempos de inactividad

(menos herramientas que justar y mantener) y, por tanto, aumenta el tiempo efectivo disponible. Sin embargo,

el uso del tiempo efectivo no es tan eficiente, puesto que las herramientas no están óptimamente ajustadas al

proceso. El mejor enfoque es una combinación de los dos anteriores. Su aplicación práctica sólo es posible

por «simulación»: comparando las alternativas, determinando el tiempo utilizado y decidiendo qué enfoque

ofrece la mejor solución global.

La mejor combinación posible de coste de mecanizado bajo y productividad máxima se consigue con unos

datos de corte efectivos (figura 8). A medida que se aumentan los datos de corte, el tiempo de mecanizado

del proceso disminuye. El resultado es una productividad mayor, es decir, más pasos del proceso por unidad

de tiempo. Sin embargo, si se seleccionan datos de corte muy altos, la productividad disminuye, pues se

pierde demasiado tiempo en el mantenimiento de las herramientas (sustitución de aristas de corte

desgastadas y reparación de repuestos), lo cual hace que aumenten los tiempos de inactividad.

22

Figura 6. Grafica de los diferentes valores medios de costos de producción y productividad según el manejo de las condiciones de corte

Si se incrementan los datos de corte, los tiempos de mecanizado disminuyen y, como resultado, los costes de

máquina por paso del proceso se reducen. Al mismo tiempo, los costes de herramienta por paso del proceso

aumentan, porque la vida de la herramienta es menor y porque se necesitan más aristas de corte. Con datos

de corte más altos los costes de herramienta por paso del proceso se elevan, pero este aumento del coste se

compensa con los costes de máquina, que son más bajos por etapa del proceso. Sumando todas estas

variables (= coste total de mecanizado) se obtiene la combinación de datos de corte que supone el coste total

de mecanizado mínimo.

Con datos de corte más bajos los costes de mecanizado aumentan debido a que los costes de máquina son

más altos en general. Si los datos de corte son demasiado altos, los costes de mecanizado también

aumentan, ya que los costes de herramienta se incrementan con más rapidez de lo que disminuyen los costes

de máquina. En la práctica, establecer los datos de corte HiE (High Efficiency) es un ejercicio que requiere

gran cantidad de cálculos, y muchos operarios de mecanizado son reacios a hacerlos. Para dar solución a

este inconveniente la tecnología de hoy, ofrece una serie de software que de una forma rápida ayudan a

seleccionar la herramienta adecuada para la operación, además de las condiciones de corte más eficientes

con las que se puede trabajar cada herramienta.

3.4.MECANIZADO RÁPIDO CON MENOS HERRAMIENTASPara la producción de piezas con varios huecos, la manera de economizar tiempo y costos en un centro de

mecanizado de alta velocidad podría parecer obvia. Solamente hecer que la Máquina se mueva más rápido.

La maquinabilidad de la pieza de trabajo puede limitar la rapidez con que puede ser cortado cada rasgo de la

23

pieza, pero en realidad el tiempo de ciclo puede reducirse aún más si el desplazamiento transversal rápido y

los cambios de herramienta son realizados de una manera más veloz. Así, es posible reducir parte

significativa del tiempo del proceso. Pero no necesariamente es la única manera de que una máquina de alta

velocidad mejore su productividad. Según Luis Guillermo González gerente de línea de producto CNC de la

firma IMOCOM los centros de mecanizado que utilizan motores lineales para el movimiento de los ejes en

lugar de los motores rotativos y los tornillos de bolas pueden mejorar el proceso aprovechando la ventaja de

una nueva estrategia para mecanizar los huecos. Gracias a su habilidad de mantener gran exactitud en el

contorneado a altas velocidades de avance, estas máquinas pueden generar huecos por fresado circular a un

nivel de velocidad y precisión que puede competir con el alesado y con otras estrategias lineales. Cuando una

herramienta produce de esta manera eficiente muchos huecos de diferentes tamaños, la velocidad, capacidad

y economía del proceso pueden mejorar.

Los centros de mecanizado horizontales Toyoda son ofrecidos en los dos tipos de máquinas rápidas, con

tornillos de bolas y unas, aún más rápidas, que utilizan motores lineales. Para estas últimas máquinas, el

costo más alto puede ser un factor en contra. También es importante el hecho de que las máquinas de calidad

con tornillos de bolas hacen un buen trabajo, desempeñándose muy bien aún en aplicaciones en las que se

involucran altas velocidades de avance. Pero el fresar en círculos es una aplicación que corresponde a la

fortaleza de los motores lineales, específicamente a su capacidad de proporcionar velocidad y precisión al

mismo tiempo.

Cuando un centro de mecanizado utiliza tornillos de bolas, el motor rotativo, el tornillo y el tren de transmisión

constituyen un acople mecánico con varias pequeñas oportunidades de juego lateral y apego. El resultado

global de este 'juego' es un error de movimiento medible, cada vez que el eje invierte el sentido de giro. El

error de reverso del eje presenta un problema en el fresado circular, porque los ejes X e Y tienen que invertir

el giro durante el curso de conducción de la máquina a través de un circulo. Una velocidad de avance más

rápida sólo aumenta la magnitud de este error. Como resultado, un hueco fresado rápidamente en una

máquina de tornillos de bolas está condenado a fallar en las especificaciones precisas de redondez. Por tanto,

en estas máquinas se prefieren las estrategias estándar para hacer huecos. Una máquina de motor lineal no

presenta este error de inversión del eje porque en ella no se presenta ese acople mecánico. El motor lineal se

mueve a lo largo del eje, llevando consigo el elemento móvil de la máquina. Por esta razón, la máquina de

motor lineal puede fresar un hueco de alta precisión a altas velocidades de avance. Pueden fresar huecos

precisos tan rápido que, de hecho, permiten rivalizar con estrategias más convencionales para la elaboración

de huecos.

24

3.5. ANALISIS DE DURABILIDAD DE LOS INSERTOS DE TORNEADO EN FEPCO

Dando una revisión al crecimiento de FEPCO, este se ha dado en los últimos 10 años con el auge de la

industria petrolera, permitiendo a esta compañía crecer en la fabricación de equipo petrolero asi como la

adquisición de maquinas de última tecnología, para satisfacer las necesidades de esta prestigiosa industria,

esta ha sido una de las razones principales que ha motivado a esta compañía a ser más competitiva en el

mercado de los cabezales de pozo y arboles de navidad.

Hace 7 años FEPCO contaba con 6 maquinas de mecanizado convencional, entre las cuales se contaban

tornos, fresas, alesadoras y taladros. Solo contaba con una maquina CNC horizontal, la cual debido a su año

de fabricación no contaba con la rapidez y la versatilidad necesaria para ser competitivos en el mercado en

este tipo de productos.

En el año 2005 la compañía adquirió un centro de mecanizado horizontal de la marca toyoda, maquina que

con una tecnología reciente brindaba gran diferencia en la rapidez de los procesos comparados con el

sistema convencional, este tipo de experiencia genero gran inquietud entre los directivos, los cuales

decidieron al año siguiente adquirir dos tornos CNC, estas maquinas le dieron gran capacidad de producción

a la planta de fabricación, quedando cada vez más convencidos de este tipo de tecnología. Este fue un paso

muy importante en el crecimiento de la empresa, dado a la gran productividad que había alcanzado.

Dada la envergadura de esta ultima maquina adquirida se hizo necesario incursionar en el mundo de las

herramientas de corte intercambiables, a través de la inversión de un paquete significativo de

portaherramientas, insertos y dispositivos de sujeción. El nivel tecnológico del centro de mecanizado toyoda

demandaba la introducción de parámetros de corte manualmente al control lo que conllevaba a realizar

cálculos manuales de las velocidades de corte, avances y profundidades que a su vez estaban

preestablecidos en los catálogos de los fabricantes de los insertos, lo que condujo a Fepco a capacitarse con

los diferentes representantes locales de las marcas más destacadas de herramientas de corte (SECO,

VALENITE, KENNAMETAL, SANDVIK, AMEC), esto con la intención de estandarizar en gran medida las

condiciones de corte y de establecer patrones de comparación y equivalencias entre los recubrimientos de

cada uno de estos famosos fabricantes. Seguidamente se programaron sesiones organizadas con cada uno

de los proveedores para modificar las condiciones de corte y evaluar los desgastes que cada una de las

marcas presentaba. El ejercicio fue de mucho provecho ya que se establecieron considerables diferencias

entre ellos, sin embargo cada firma tenía sus propias ventajas con respecto a las otras. Más allá de dilucidar

dichas discrepancias técnicas lo importante de los resultados fue el comportamiento en general que

presentaron los insertos de carburo cementado.

25

Se realizaron pruebas de mecanizados con ciertos recubrimientos en condiciones normales según la

experiencia de los operarios. Posteriormente se realizo con otras plaquitas el mismo mecanizado pero

aumentando el 50% de los siguientes parámetros en tres sesiones diferentes:

a) Aumentando el 50% de la Velocidad de Corte en [m/min]

b) Aumentando el 50% del avance en [mm/rev]

c) Aumentando el 50% del avance en [mm/rev]

Como se puede observar en la figura 3, los resultados en cuanto a desgaste fueron sorprendentes. En primer

lugar el desgaste presentado en las pastillas aumentando el 50% de la Velocidad de Corte fue superior en un

90%. En segunda instancia el resultado de aumentar el avance de la herramienta en un 50% arrojo un

desgaste superior en un 60%, y por ultimo el factor de corte que menos desgaste presento fue la profundidad

de corte con un desgaste superior del 15%.

Figura 7. Comportamiento del desgaste las herramientas al incrementar en un 50% las condiciones de corte.

4. DESARROLLO DEL PROYECTODESCRIPCION Y FUNCIONAMIENTO DEL TUBING HANGER

El tubing hanger en la industria petrolera tiene una gran importancia en la producción de

crudo, esta es una pieza fundamental dentro del árbol de navidad (christmas tree), en este

caso el tubing hanger pertenece a un proceso de producción con bomba electro

sumergible, la razón fundamental de este equipo en el árbol de navidad radica en las 26

roscas especiales las cuales están diseñadas para soportar el peso de la tubería de

producción (tubing) y la posibilidad de poder controlar el paso de fluidos en una dirección

debido a la herramienta que se puede instalar en la rosca BPV, en las siguientes imágenes

podemos ilustrar el funcionamiento del tubing hanger, en la figura Nº 1 podemos ver un

tubing hanger realizando un sello perfecto entre el casing y la tubería de producción, en la

figura Nº2 la herramienta de sello se ha obturado permitiendo el paso de fluido a la

superficie, dado que la función de este equipo es muy importante para la seguridad de la

producción de crudo, así como la seguridad de las personas que allí intervienen es muy

importante que se establezca un modelo de fabricación con los más altos estándares de

calidad para evitar cualquier siniestro durante el tiempo de uso. Para poder ver de una

manera mas clara se ha diseñado una distribución de un árbol de navidad, en esta imagen

podemos ver la ubicación del tubing hanger, a su vez se puede observar las dos cavidades

principales, por la del lado derecho se tienen roscas especiales para sostener tubería de

producción. La otra cavidad es usada para pasar el cable de alimentación de la bomba

electrosumergible, esta cavidad debe tener el sello suficiente para evitar dejar pasar

liquidos o gases provenientes del pozo, por tal razón se instala un penetrador con el

diseño suficiente para evitar este tipo de situaciones que pondrían en peligro la vida de

muchas personas y la conservación del medio ambiente.

27

Figura 8. Esquema constructivo de un árbol de Navidad “Chrismas Tree”.

http://www.youtube.com/watch?v=e2hyy3Pn-H4&feature=fvwrel28

TUBING HANGER

Figura 10. Válvula de Presión ActivadaFigura 9. Válvula de Presión Desactivada

4.1. PRIMERA FASE: Investigación y Toma de Información del Proceso Actual

4.1.1. REVISION DE LA NORMA API 6ª “Especificaciones para diseño de

árboles de navidad y cabezales de Pozo”

Para iniciar nuestra investigación para el mejoramiento del mecanizado del tubing hanger

iniciamos con la consulta de la norma API 6A en esta norma especifica el tipo de material

en el cual debe ser fabricado cada uno de los componentes del árbol de navidad, para

nuestro caso el capitulo Nº 5 Requerimientos Generales De Los Materiales, se pide que

debe ser fabricado en un material 75K min, el cual corresponde a una nomenclatura SAE

4340, este es un dato importante para nuestra investigación, dado que de aquí depende la

calidad de las plaquitas intercambiables que serán usadas en el mecanizado, así como las

condiciones de corte, maquina, refrigerantes de herramientas y demás aspectos que

intervienen en la fabricación de el equipo.

En la planta de fabricación de Fepco zona Franca Bogotá se ha venido fabricando desde

hace varios años el tubing hanger sin realizar un estudio previo para evaluar cual es el

mejor proceso de mecanizado, en el cual se pueda aprovechar de una forma adecuada el

equipo humano y tecnológico con el que cuenta la compañía, en nuestra visita a la planta

de fabricación nos pudimos dar cuenta que el proceso de mecanizado no se realiza de la

misma forma todas las veces, si no que este es propuesto por el jefe de planta de acuerdo

a la disposición de maquinas que tenga en el momento que le llega la orden de

fabricación, este tipo de aleatoriedad permite pérdida de tiempo mientras que el operario

ubica sus herramientas y formas de montaje a la maquina.

4.1.2. RECOLECCION DE INFORMACION SOBRE MODELO ACTUAL DE FABRICACION

Se inicio con una visita a planta en compañía del jefe producción en plena jornada laboral,

se comprendió la importancia de la pieza en el funcionamiento del árbol de navidad, la

calidad y procedencia de la materia prima para la fabricación del Tubin Hanger, se

presencio una exposición sobre la distribución de la maquinaria en la planta “layout” y su

29

relación con el orden de los montajes de fabricación de la pieza. Se hizo un recorrido por

cada máquina en el orden del proceso de fabricación, donde se comprendió el número y

tipo de operaciones de mecanizado en cada una de ellas, se analizo plano físico de la pieza

para poder dimensionar y comprender la naturaleza de los mecanizados a realizar, La

primera recopilación de datos se centro en el listado de herramientas que se usan

actualmente para el mecanizado, esta información se recogió durante una visita a la

planta de Fepco en la que se presencio la fabricación de varias piezas tomando nota de los

tiempos y operaciones realizadas.

En esta visita también se busco la información de las maquinas en las cuales se fabrica

este pieza, información que es útil para saber la potencia y la rapidez de las mismas,

información importante para realizar una selección optima de las herramientas que se

propondrán en el nuevo proceso de mecanizado.

4.1.2.1. HERRAMIENTAS USADAS EN LAS OPERACIONES DE MECANIZADO ACTUAL

En la siguiente tabla podemos ver el listado con algunas referencias de herramientas y sus

respectivas plaquitas intercambiables usadas en cada operación.

30

31

# DE CICLO OPERACIÓN

# DE HTTA

DESCRIPCION DE HTTA

# DE INSERT

OSMARCA DE HTTA REF HTTA

REF DE INSERTO

MARCA INSERTO

1

Centro punteado de

agujeros roscados.

2 Broca de centros

2Perforado a 2

1/2" de diametro

38Broca de perforado

rapido 2 VALENITE

VWDR-250-200-931A

WCEM52213P 5225

VALENITE

3Alesado a 3" de

diametro39

Broca de perforado rapido

2 VALENITESD542-3000-750-

2000 R7WCEM52213

P 5225VALENITE

4Alesado a

2,880" 41

Alesador exp graflex BPB 2,5 -

3,390"2 SECO

CAB INTER. GRAFLEX

A5050SC1280

SCGX120408-P2 T3000D

SECO

5Alesado a

3,460"42

Alesador exp graflex BPB 3,346 -

4,527"2 SECO

CAB INTER. GRAFLEX A5060SC

SCGX120408-P2 T3000D

SECO

6Fresado

interpolado a 4,008"

17Fresa de desbaste

3"4 SECO R220.69-0080-16C

APMX 160408TR-

M14 MP2500

7Acabado a

4,008" 12

Escariador de tungsteno de 1"

VALENITE TAP 313-53-50CAT

8Fresado

interpolado a 3,810"

14Fresa de desbaste

de 2"5 SECO

SIERRA SIN III SS3-200-3P28-200W

SPEW 32.5 A017A 1H VP 5020

9Avellanado

interior8

Fresa de desbaste de 2" x 30º

3 HEMEINDSCMT432 PM5 5625

VALENITE

10Mecanizado de

conos7

Fresa de desbaste de 3/4" TPF

10 HEMEINDSEMX1204AFT - M15 MP

2500SECO

11Rosca de 3 1/2"

EUE57

Peines de roscado circular

6ITR 20-8 API-

26CADVENT

TOOL

CICLOS Y HERRAMIENTAS USADAS EN EL MECANIZADO DE EL TUBING HANGER.

FOTOS HTTAS

Tabla 1. . Listado de herramientas usadas en el centro de mecanizado

4.1.2.2. MAQUINAS USADAS EN EL PROCESO DE MECANIZADO

La maquina ML 26 viene dotada con servos de corriente alterna controlados con variadores de velocidad, componentes

que le brindan rapidez y precisión en los movimientos, también viene configurada con una torreta de 12 herramientas la

cual permite realizar diferentes procesos de mecanizado en un programa.

Tabla 2. Ficha técnica torno MILLTRONICS ML 26 tomada de manual de maquina software CRM dynamics

32

CODIGO DEL EQUIPO TCN-03

NOMBRE DEL EQUIPO TORNO CNC

MARCA MILLTRONICS

SERIE 9567

MODELO ML 26

FUNCION MECANIZADO

TIPO MECANICA, NEUMATICA

SISTEMA CONTROL NUMERICO

PROCESO PRODUCCION

mm 3200mm 2337mm 2083mm 5200mm

mm 685mm 890mm 320mm Ranuras en Tmm 14mm 330mm 1775mm 405mm 24mm 106mm 150

MT5HP 100AC Corriente AlternaHP 0,75L 190

Amp/KVA 75/20

ESPECICIFICACIONES TECNICAS DEL TORNO MILLTRONICS ML 26

DATOS TECNICOS

CAPACIDAD

Cono de la Contrapunta

Tipo de ServoBomba SolubleCapacidad de la Bomba SolubleConsumo eléctrico de la Bomba

Recorrido en el eje ZAncho de Bancada

Potencia del Motor Principal

Diametro de HusilloRecorrido de la ComtrapuntaDiametro de la Contrapunta

Torre de Herramientas en el Carro TransversalTamaño de las RanurasRecorrido en el eje X

Peso TotalTipo de Control

VolteoDiametro de pieza sin escoteVolteo sobre el Carro

Longitud TotalAncho TotalAltura Total

El Centro de mecanizado horizontal TOYODA 550: maquina configurada con 4 ejes y con un control FANUC 16i, equipo

electrónico diseñado para controlar servos de corriente alterna, con altas velocidades en los movimientos tanto de los

ejes como en el cambio de pallet y cambio de herramienta, maquina con un magazine de 60 herramientas, capacidad

suficiente para realizar procesos sin tener que intercambiar herramientas manualmente.

33

CODIGO DEL EQUIPO CM 3

NOMBRE DEL EQUIPO CENTRO DE MECANIZADO

MARCA TOYODA

SERIE NM8611

MODELO FA 550

FUNCION MECANIZADO

TIPO CNC

SISTEMA FANUC 16i

PROCESO PRODUCCION

mm 5295mm 2905mm 3630mm 14000mm

mm 750mm 750mm 600

mm 550mmmmmm 2.7mm 3.5mm 11Kg 1200

rpm 6000HP 40HP 30

BT50mm 120

m/min 36m/min 0.001-36

40mm 120X400Kg 27s 20

HP 30HP 3.7

Amp/KVA 75/20

Motor PrincipalMotor Hidraulico

DATOS ELECTRICOS

ATCNumero de HerramientasHerramientasPeso de la HerramientaTiempo entre Cambio de Herramienta

ESPECICIFICACIONES TECNICAS DEL CENTRO DE MECANIZADO TOYODA FA 550

DATOS TECNICOS

ESPACIO DE TRABAJO

Rapidos Transversales

Recorrido en el eje XRecorrido en el eje YRecorrido en el eje Z

Consumo eléctrico de la Bomba

Carga Permisible sobre el Pallet

Velocidad

Avances de Corte

Cono del HusilloDiametro del Husillo

HUSILLO

GAMA DE AVANCES

Potencia del Motor Principal

Tiempo de Indexacion en 90°Tiempo de Indexacion en 180°Tiempo de Giro del Pallet

PALLETS

Peso TotalTipo de Control

Tamaño del PalletAltura del Pallet al PisoIndexacion del eje Rotatorio

Longitud TotalAncho TotalAltura Total

Tabla 3. Ficha técnica TOYODA FA550 tomada de manual de maquinas software CRM dynamics

4.1.2.3. DESCRIPCION DETALLADA DEL PROCESO DE FABRICACION

Actualmente para fabricar el TUBING HANGER se usan 6 etapas de mecanizado en las cuales se usan 3 maquinas. En la primera etapa se realiza una inspección del material, en la segunda se monta el material en la copa del torno ML 26 y se lleva a cabo el mecanizado de cilindrado y refrentado hasta dejar el material en las medidas requeridas por el plano, en la tercera etapa se gira el material 180º para realizar el mismo mecanizado de la etapa anterior, en la cuarta etapa se realiza el mecanizado de las roscas 3 1-2 EUE y 3 1-8 NC en el centro de mecanizado Toyoda 550, en la quinta etapa se hace el mecanizado de la rosca 3 BPV en el torno ML26 nuevamente, para la sexta etapa La pieza se lleva al taladro carlton donde se hacen los taladrados de la línea de control y los pernos de sujeción, los roscados se hacen manualmente con macho de roscado rígido, la anterior secuencia se puede ver en la siguiente grafica.

El mecanizado del tubing hanger es un proceso complejo por el numero de operaciones

del cual está compuesto, este proceso inicia cuando el material es retirado del almacén y

es transportado al torno CNC para empezar el proceso, el cual consta de una revisión

inicial de las dimensiones del material en bruto, estas medidas son comparadas con las

dimensiones del plano para verificar que el material cumpla con los requerimientos de

34

fabricación. Luego de realizar este primer control de calidad por parte del operario, se

procede a realizar el montaje del material en la copa del torno, (en la actualidad se usa

una copa de 4 mordazas independientes) cerciorándose que dicho material quede

debidamente centrado, seguidamente se toman los ceros de pieza, tanto en el eje “x”

como en el eje “z”, datos que son necesarios como condiciones iniciales del programa

CNC, (programa hecho de manera previa por un programador) luego, se hace la revisión

de la plaquita intercambiable, (se una sola plaquita para hacer el cilindrado y el

refrentado) cerciorándose que estén en optimas condiciones para realizar el mecanizado.

Después de haber realizado estas acciones todo está listo para iniciar el mecanizado.

Este proceso inicia con el refrentado del material, y luego un cilindrado, en este cliclo las

dimensiones del diámetro deben quedar de acuerdo a las requeridas por el plano y la hoja

de control, para tal efecto el operario debe verificar las dimensiones con un instrumento

de medida llamado “pie de rey”, terminado esta primera parte del proceso, el operario da

la vuelta del material para ser mecanizado por la cara posterior, realizando el

procedimiento anterior, solo que tiene que ser cuidadoso en los empalmes de las medidas

del cilindrado.

Luego de haber terminado este proceso de torno la pieza es bajada de la copa y llevada a

una zona de espera donde se esperará a que la maquina esté disponible para seguir con el

proceso de fresado en el centro de mecanizado horizontal. La pieza es trasladada al centro

de mecanizado horizontal usando un puente grúa para izar la pieza y subirla a un carrito

destinado para tal fin, allí se realiza el montaje en un dispositivo en forma de prisma el

cual nos garantizará el centro de la pieza así como la rigidez y estabilidad durante el

mecanizado, la pieza pre mecanizada es puesta sobre el dispositivo y ajustada por medio

de una platina en la parte superior la cual, es agarrada con dos espárragos, uno en cada

extremo, tal como es ilustrado en la siguiente figura:

35

Figura 11. Diseño del Dispositivo de Sujeción sobre la Mesa del Centro de Mecanizado

Luego de tener listo el montaje se procede a censar la herramienta patrón para dar el

cero de pieza y así mismo poder revisar los ófsets y las compensaciones de las demás

herramientas involucradas en el proceso de fabricación del tubing hanger, en esta

máquina se hace la preparación y el mecanizado de las roscas de 3 1-2¨ EUE y 3 1-8 NC,

las operaciones de la línea de control, y los pernos de sujeción se realizaran en un taladro

radial, para la rosca 3 BPV se devolverá nuevamente al torno ML 26.

El mecanizado da inicio con el taladrado de cada agujero en la menor medida por las dos

caras, teniendo que girar el pallet 180º, este es un proceso que se realiza de esta forma

debido a la limitación que se tiene con la longitud de las herramientas de taladrado, luego

de haber dejado los agujeros en la medida minima, se procede a hacer la preparación de

las superficies para el mecanizado de las roscas y las areas de sellos de las cuales esta

configurada esta pieza. Este es un proceso que esta a criterio del operario de la maquina

ya que no existe un programa estándar para la fabricación.

El proceso de mecanizado posee una serie de operaciones descritas en su orden de

ejecución en centro de mecanizado horizontal tal como lo muestra la siguiente figura:

36

Figura 12. Esquema actual de Operaciones de Fresado en el Mecanizado del Tubing Hanger.

Luego de haber completado 21 operaciones la pieza es bajada del centro de mecanizado y

llevada al torno convencional para realizar el mecanizado de la rosca de 3” BPV, este

montaje tiene cierta complejidad ya que se realiza en una copa de cuatro mordazas

independientes, debido a que la pieza debe quedar descentrada con respecto a la copa y

el agujero perfectamente centrado respecto a la herramienta. Esta es una operación

bastante dispendiosa para el operario por el tiempo que demanda si no se tiene la

experiencia suficiente, además de gran esfuerzo físico que requiere estar soltando y

apretando las mordazas de la copa.

En la siguiente tabla podemos ver un análisis de detallado de las operaciones que se

realizan en el centro de mecanizado

37

4.2. SEGUNDA FASE: Realizacion de Esquemas, Diagramas de Flujo, tabla de Calculos y Diseño del Modelo de Producción

Los factores más importantes que el operador debe tener en cuenta al seleccionar las

velocidades y avances adecuados son el diámetro y el material de la herramienta de corte

y el tipo de material que se va a cortar. Estos factores determinarán las velocidades y

avances que se deben utilizar y por lo tanto que afectarán el tiempo que tome efectuar la

operación. Se desperdiciará tiempo de producción si se ajusta la velocidad y/o el avance

demasiado bajos; las herramientas de corte demostrarán un desgaste prematuro si la

velocidad y/o el avance son demasiado altos. La velocidad y el avance ideales para

cualquier pieza de trabajo es la combinación con la que se logra la mejor velocidad de

producción y mejor vida de herramienta.

4.2.1.TABLAS DEL CALCULOS

4.2.1.1. HOJA DE OPERACIÓN TORNEADOLa velocidad de corte Vc de la pieza de trabajo en un torro puedo definirse como la velocidad a la cual un punto en la circunferencia de la pieza pasa frente a la herramienta de corte. Por ejemplo, si la pieza nene una Vc de 250 m/min. La velocidad del husillo debe ajustarse de tal forma que 250 m de circunferencia de la pieza pasen por la herramienta de corte en 1 minuto. La industria demanda que las operaciones de maquinado se realicen tan rápido como sea posible; por lo tanto, debe utilizarse la Vc correcta para cada tipo de material Si la Vc demasiado elevada, el filo de la herramienta se romperá rápidamente, resultando en tiempo perdido para reacondicionar la herramienta. Con una Vc demasiado reducida se perderá tiempo en las operaciones de maquinado lo que resulta en velocidades de producción bajas. Los fabricantes de carburos recubiertos, recomiendan seleccionar en los catalogos de herramientas las velocidades de corte óptimas para cada aplicación en específico. Estas velocidades pueden vanarse ligeramente para adecuarse a factores como el estado de la máquina, el tipo de material y de trabajo si es continuo o interrumpido. También resulta significativa la presión con que el refrigerante llega al corte, para esto debemos percatarnos que potencia permite la bomba de refrigeración y si la maquina viene acondicionada de fabrica con refrigeración interna por el husillo.

38

4.2.1.2. HOJA DE OPERACIÓN FRESADO Y TALADRADO

Los parámetros de mayor importancia que afectan la eficiencia de la operación de fresado, son la velocidad de corte, el avance y la profundidad de corte. Si se opera la fresa demasiado lento se desperdiciará tiempo valioso en tanto que una velocidad excesiva resultará en pérdida de tiempo al reemplazar y volver a afilar las fresas. En algún punto entre estos dos extremos, está la velocidad de corte eficiente para el material que se está maquinando. La velocidad a la cual avanza la pieza a la fresa giratoria es importante. Si avanza demasiado lento, se desperdiciará el tiempo y puede ocurrir ruido en la fresa, lo que acorta la vida de la mis- ma. Si se avanza demasiado rápido, los dientes de la fresa se pueden romper. Se desperdiciará mucho tiempo si se efectúan vanos cortes poco profundos en vez de un corte profundo o de desbaste. Por lo tanto, la velocidad, el avance y la profundidad de corte son tres factores importantes en cualquier operación de fresado

En vista que los distintos tipos de metales varían en su dureza, estructura y maquinabilidad, deben utilizarse diferentes velocidades de corte para cada tipo de metal y para varios materiales de la fresa. Deben considerarse vario factores al determinar las r/min a las cuales maquinar un metal. Las de mayor importancia son:

El tipo de material del trabajo EJ material de la fresa El diámetro de la fresa El acabado superficial que se requiere La profundidad de corte seleccionada La rigidez de la maquina y el montaje de la pieza

Todos estos factores fueron tenidos en cuenta y parametrizados en formulas en modelos matemáticos que se denominaron “Hoja de Operación Torneado” y “Hoja de Operación Torneado”, los cuales se encuentran claramente plasmados en las siguientes tablas

39

Tabla 4. Condiciones de Corte para Torneado plasmados en la “Hoja de Operación de torneado”

1.0 TIPO-MARCA

1.1 POTENCIA [KW]: 7,5 POT [HP]: 10

1.2 MÁQUINA ANCLADA? (SI/NO) SI RIGIDEZ: BUENA

1.3 MÁXIMA RPM.: 4500 φext Ptha 25x25

1.4 MÁXIMO AVANCE DE MECANIZADO (mm./min.):6000

DESCRIPCION DEL PRODUCTO:

CORTE CONTINUO O INTERRUMPIDO? CONTINUO RUG - Ra: 3.2

DESCRIPCION OPER. DE MANUFACTURA:CIL EXT

TIPO DE SUJECCION: MORDAZA RIG MONT: REGULAR

PRUEBA No.: 1 2 3

2.0 TIPO DE MATERIAL: ACERO ACERO ACERO

2.1 CALIDAD-DENOMINACION 1045 1045 1045

2.2 FUERZA ESPECIFICA DE CORTE [N/mm²]: Kc1.11500 1500 1500

2.3 EXPONENTE DE MAQUINABILIDAD: mc 0,22 0,22 0,22

2.4 TRATAMIENTO TÉRMICO: NO NO NO

2.5 DUREZA (HRB): 220 220 220

3.0 TIPO DE PORTA HERRAMIENTA CIL EXT CIL EXT CIL EXT

3.1 CODIGO - REFERENCIAMCLNL

2525 M12MCLNL 2525

M12MCLNL

2525

3.2 DIÁMETRO DE CORTE- Dc (mm.) 16 5 32

3.3 ÁNGULO DE ATAQUE - K° 93 93 93

3.4 ANGULO DE DESPRENDIMIENTO - γ° -5 0 5

3.5

4.0 MARCA DEL INSERTO KENNAMETAL WALTER KENNAMETAL

4.1 GEOMETRIA INSERTO CNMG 432WNMG 080408

WNMG 080408

4.2 ROMPEVIRUTA INSERTO NM4 NRR MN4.3 CALIDAD DEL INSERTO WPP20 WPP20 KCP254.4 RADIO DEL INSERTO 1,2 0,8 0,8

5.0 VELOCIDAD DE CORTE - Vc (M./MIN.) 180 80 250

5.1 PROFUNDIDAD DE CORTE - Ap (mm.) 4,5 7 5

5.2 AVANCE POR REVOLUCION - F (mm./Rev.)0,3 0,07 0,1

5.3 LONGITUD A MECANIZAR (mm.) 80 16 16

5.4 PROF. A MECANIZAR (mm.) (DIAM.>-DIAM.<)/25 14 14

5.5 REFRIGERANTE:MOTOREX

SWISSCOOLMOTOREX

SWISSCOOL

MOTOREX

SWISSCO6.0 REVOLUCIONES POR MINUTO 3581 5093 2487

6.1 AVANCE - Vf (mm./MIN.) 1074 357 249

6.2 ESPESOR DE VIRUTA - Hm (mm.) 0,3 0,1 0,1

6.3 FUERZA ESPECIFICA DE CORTE - Kc (N/mm²)2053 2693 2366

6.4 POTENCIA - Pc (KW) CON FACTOR SEG. 100%8,3 1,8 4,9

6.5 FACTOR DE SEGURIDAD QUE DESEA? % 80,0 80,0 80,0

6.6 POTENCIA - Pc (KW) CON SU FACTOR SEG.10,4 2,2 6,2

6.7 NUMERO DE PASADAS 2 2 3

6.8 LONGITUD TOTAL A MECANIZAR (mm.) 160,0 32,0 48,0

6.9 RUGOSIDAD Ra 3,8 0,3 0,66.1

0TIEMPO DE MECANIZADO (SEGUNDOS) 8,9 5,4 11,6

6.11

COSTO HORA MAQUINA $ 60.000 $ 60.000 $ 50.000

6.12

COSTO MECANIZADO $ 149 $ 90 $ 161

CONDICIONES DE CORTE PARA TORNEADO

TORNO CNC LEADWELL LTC25AL

PRO

DU

CTO

/

PRO

CESO

EJE

6. C

ALC

ULO

DE

CON

DIC

ION

ES D

E CO

RTE

2. M

ATE

RIA

L3.

PO

RTA

HTA

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ROCE

SO4.

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5. D

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AR

DA

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MÁ

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Info

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f

Rr

h

KcYoKc

mc

1.1*)*01,01(

1)(*h kSenf * 60000

Kc*ap*f*pC

Vc

r

fRa

*502

f Ra

40

Tabla 5. Condiciones de Corte para Fresado plasmados en la “Hoja de Operación de Fresado”

1. MAQUINA Formula

1,1 Tipo de MáquinaMiltronics ML 26

1,2 Recorridos X 330 Z 1775 [mm]

1,3 Diametro de Husillo 106 685 [mm]

1.5 Potencia 18 [kW] 24 [Hp]

1.6 Maximas RPM 1600 [Rpm] D.E.P. 2000 [mm]

1.7 Maximo Avance Corte X 0 Y 0

1.8 Maquina Anclada Si No

1.9 Cono Husillo

2.1 Descripcion del Producto

2.2 Tipo de Corte Continuo X Interrumpido

2.3 Rugosidad 0,9 [um] Buena

2.4 Tipo de Sujecion

2.5 Numero de Operaciones 1 2

3 4

5 Mas

3.

3.1 Tipo de Material

3.3 4,5

3.4 1,5

3.5 Tratamiento Termico Si X No

3.6 Dureza 250 [HRB] [HRC]

4.4.1

4.2 Referencia

4.3 Diametro de la Fresa - D 63 [mm]

4.4 Diam. corte Fresa - Dc 63 [mm]

4.5 Numero de Dientes - z 4

4.6 Angulo de Ataque - k°

4.7 Angulo de Posicion - ϒ° 30

5.4.1 Geometria de Inserto CalidadKC 5010

4.2 Referencia Rompev

4.3 Radio del Inserto 0,4 [mm] Kennametal

Tubing Hanger

CALCULO DE CONDICIONES DE CORTE PARA FRESADO

Grupo

UnidadCentro de

Mecanizado Marca/Ref

Volteo

2. PRODUCTO - PROCESO

Rigi Mon

Dispositivo

x

MATERIAL

AISI 4340

Fuerza Especifica de Corte

Exponente de Maquinabilidad

48

PORTAHERRAMIENTA (FRESA)Tipo de Portaherramienta Planeado

F4033B063Z06

15

INSERTOCNMG 432

MCLNL 2525 M12

Marca1000

RPM**DiVC

RPM*VV fC

41

4.2.1.3. Diagrama de flujo de la fabricación del ¨Tubing Hanger¨Para poder realizar un análisis más completo respecto del tiempo total de fabricación, teniendo en cuenta las distancias de desplazamiento, los ciclos de mecanizado y los tiempos muertos o tiempos de espera, que de manera obligada existen cuando no se hace una planeación eficiente durante la programación de la maquinas en las rutas de proceso que debe tener una materia prima para llegar a un producto terminado con una alta calidad o requerimientos exigidos al menor costo posible. Para tal efecto se ha consignado en una tabla los datos de cada una de las acciones con el tiempo usado en cada una de ellas, de esta forma obtendremos un tiempo total de fabricación, y se tendrán en orden lógico las operaciones, es una herramienta útil para identificar fallas o rutinas más largas de mecanizado.

Tabla 6. Diagrama de Flujo del Método Actual de Fabricación

42

GILBERTO ORTIZ H

X 14 de noviembre de 2011

237

TIEMPO NOTAS Y ANALISIS

1

0:06:05El material es izado con un puente grua y se transporta en un carrito.

20:03:00 Las medidas se verifican con un

pie de rey.

30:08:00 El material es izado con un

puente grua.

40:05:30

50:14:00

60:12:00

70:03:00

80:08:00

90:06:04

100:03:00

110:08:00

120:07:05

130:04:45 Bajar pieza con puente grua.

140:00:00

Depende de la disponibilidad de la maquina

150:05:28 Transporte realizado en un carrito

160:06:50

170:06:20 Izar dispositivo con puente grua

180:08:15

190:15:00

200:05:10

210:05:10

220:03:15

230:02:47

240:03:15

250:03:15

10

60

FABRICACION DE TUBING HANGER DE 11" 3 1/2"

DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO OPERACIÓN

METODO ACTUAL

EVENTO

42

DESPLAZAMIENTO TOTAL (m)TIEMPO TOTAL

TALAD-ALES. 3" , PROF. 3.38" - HTA.39

TALADRADO, 1 3/4" PROF.5.185"- HTA.35

TALADRADO, 1 3/4" PROF.5.185"- HTA.35

REALIZAR LA MED. CON LOS INSTR. Y REGISTRAR DATOS EN HOJA DE CONTROL

BAJAR PIEZA DE LA COPA Y LLEVARLA A LA ZONA DE ESPERA.

ESPERAR A QUE LA PIEZA PREMECANIZADA SEA LLEVADA AL CENTRO DE MECANIZADO

TRANSPORTAR PIEZA PREMECANIZADA HASTA EL CENTRO DE MECANIZADO

ESPERA MIENTRAS SE MONTA ALINEAR DISPOSITIVO SOBRE LA MESA DEL CENTRO

REALIZAR EL MONTAJE DEL MATERIAL EN LA COPA DEL TORNO

VERIFICAR PROGRAMA CNC

TALAD-ALES 3"., PROF. 4" - HTA.39

REALIZAR MEC. DE ACABADO EN CILINDRADO REFRENTADO Y DAR MEDIDAS

TOMAR CEROS DE PIEZA E INGRESARLOS AL CONTROL

FECHA

DISTANCIA (m)

REALIZAR MECANIZADO DE DESBASTE EN CILINDRADO Y REFRENTADO

REALIZAR MEC. DE ACABADO EN CILINDRADO REFRENTADO Y DAR MEDIDAS

BAJAR PIEZA PREMEC. Y DAR VUELTA DEL MATERIAL PARA SEGUNDO PROCESO

SIMMBOLO

PREPARADO POR

TRANSPORTE DEL MATERIAL DESDE EL ALMACEN HASTA EL TORNO ML 26

VERIFICAR MEDIDAS DEL MATERIAL Y COMPARAR CON EL PLANO

TALADRADO, 2 1/2" PROF.5.185"- HTA.38

METODO POPUESTO

6:13:45

REALIZAR MONTAJE DE LA PIEZA SOBRE EL DISPOSITIVO Y AJUSTAR APRIETE.

TOMAR CEROS DE PIEZA E INGRESARLOS AL CONTROL

VERIFICAR PROGRAMA CNC

TALADRADO, 2 1/2" PROF.5.185"- HTA.38

REALIZAR MECANIZADO DE DESBASTE EN CILINDRADO Y REFRENTADO

REALIZAR EL MECANIZADO DE CHAFLANES

GILBERTO ORTIZ H

X 14 de noviembre de 2011

125

TIEMPO NOTAS Y ANALISIS

260:01:00

270:01:57

280:01:33

290:01:25

300:01:25

310:00:22

320:00:22

330:03:50

340:05:00

350:08:12

360:14:58

370:02:50

380:02:50

390:08:00

400:08:00

Realizar revisión de rosca con gage para asegurar rosca.

410:08:00

420:08:00

430:05:00

440:00:00

450:05:00

460:06:00

470:04:30

480:04:50

490:01:30

500:04:50

DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO

OPERACIÓN FABRICACION DE TUBING HANGER DE 11" 3 1/2" PREPARADO POR

METODO ACTUAL METODO POPUESTO FECHA

TIEMPO TOTAL 3:40:32 DESPLAZAMIENTO TOTAL (m)

EVENTO SIMMBOLODISTANCI

A (m)

FRESADO SELLO PENETRADOR, PROF.1,13, HTA.14

ALESADO D.3,460",PROF.3,38"-HTA.42

ALESADO 2", PROF. 3.25", HTA.40

ALESADO 2", PROF. 3.25", HTA.40

ALESADO D.2,88", PROF.1.84"-HTA.41

ALESADO D.3,460",PROF.4"-HTA.42

MARCAR LINEA DEL CENTRO PARA LINEAS DE CONTROL

ROSCADO INTERPOLADO 3 1/8 x 8 NF, PROF. 1", HTA.54

FRESADO 3/4 TAPER, PROF.2.88, HTA.7

ROSCADO INTERPOLADO 3 1/2 EU 8RD, PROF.2.5", HTA.57

ROSCADO INTERPOLADO 3 1/2 EU 8RD, PROF.2.5", HTA.57

FRESADO DE CHAFLANES, HTA. 8

FRESADO 3/4 TAPER, PROF.3.5, HTA.7

FRESADO CAJA ROSCA DE 3 1/2, PROF. 0.38, HTA.14

FRESADO AREA DE SELLO CAMISA ROSCA 3 1/2 EUE, PROF.1", HTA. 17

FRES. ACAB. AREA DE SELLO 3 1/2 EUE, PROF.1", HTA.12

ESPERAR A QUE LA PIEZA PREMECANIZADO SEA LLEVADA AL TORNO ML 26

TRANSPORTAR PIEZA AL TORNO ML 26 45

MONTAR PIEZA EN COPA DEL TORNO Y CENTRAR

BAJAR PIEZA DEL CENTRO DE MECANIZADO

TRANSPORTAR PIEZA PREMECANIZADA A ZONA DE ESPERA

15

REALIZAR MECANIZADO DE RANURAS EN "U"

TOMAR CEROS DE PIEZA E INGRESARLOS AL CONTROL

REALIZAR LA MEDICION DE LA RANURA Y REGISTRAR LOS DATOS EN LA HOJA DE CONT.

43

GILBERTO ORTIZ H

X 14 de noviembre de 2011

65

TIEMPO NOTAS Y ANALISIS

510:03:45

520:01:00

530:07:40

540:03:20

550:04:10

560:07:10

570:03:00

580:05:00

590:00:00

600:05:00

610:07:30

620:12:40

630:04:25

640:02:30

650:01:05

660:04:30

670:06:45

680:04:30

690:02:10

700:12:30

710:01:30

720:03:00

730:03:00

740:05:00

EVENTO SIMMBOLODISTANCI

A (m)

DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO

TALADRAR DOS AGUJEROS A 49/64" PROF 1,3"

ROSCAR MANUALMENTE CON MACHO DE 7/8" PARA PERNOS DE SUJECION.

REALIZAR MEDICIONES Y CONSIGNAR DATOS EN HOJA DE CONTROL

DAR VUELTA AL TUBING HANGER

TALADRAR A 1/2" PROF 6"

TALADRAR A 23/32" PROF. 1"

ROSCAR MANUALMENTE CON MACHO DE 1/2" NPT.

BAJAR TUBING HANGER Y LLEVARLO A ZONA DE ESPERA

10

DESCENTRAR PIEZA CON RESPECTO AL AGUJERO DE ROSCA BPV

TOMAR CEROS DE PIEZA E INGRESARLOS AL CONTROL

VERIFICAR PROGRAMA CNC PARA ROSCA BPV

REALIZAR MECANIZADO DE RANURA EN "V"

OPERACIÓN FABRICACION DE TUBING HANGER DE 11" 3 1/2" PREPARADO POR

METODO ACTUAL METODO POPUESTO FECHA

TIEMPO TOTAL 1:51:10 DESPLAZAMIENTO TOTAL (m)

FRESADO DE ACABADO AREA DE SELLO FITTING ESCARIADOR DE 3/4"PROF 1"

ROSCADO MANUAL DE 3/8" NPT

REALIZAR LA MEDICION DE LA RANURA Y REGISTRAR LOS DATOS EN LA HOJA DE CONT.

REALIZAR TALADRADO DE 1/2" PROF. 6"

TALADRADO DE 9/16" PROF. 2"

TALADRADO DE 11/16" PROF 1"

ESPERAR DISPONIBILIDAD DE TALADRO CARLTON

TRANSPORTAR TUBING HANGER A TALADRO CARLTON

50

REALIZAR MONTAJE DEL TUBING HANGER SOBRE LA MESA DEL TALADRO CARLTON

REALIZAR EL MECANIZADO DE LA ROSCA BPV

REALIZAR VERIFICACION DE LA ROSCA CON EL GAGE DE 3" BPV

44

45

D. Dc. Z K Yo R. Vc Ap Ae Fz LONG. PROF. RPM Vf Ra Hm Kc Mc Pc #P

INCH INCH º º INCH SFM INCH INCH IPT INCH INCH R./ MIN IPM Uinch INCH N Nm HP HH:MM:SS $

1 TAL 2,5 2,5 1 90 0 VALENITE 0,015 229 7,770 2,500 0,0043 7,770 7,770 350 1,5 0,062 0,004 3233 178 10,9 1 0:05:10 $ 7.747

Ft= 70622 TAL 2,5 2,5 1 90 0 VALENITE 0,015 229 7,770 2,500 0,0043 7,770 7,770 350 1,5 0,062 0,004 3233 178 10,9 1 0:05:10 $ 7.747

Ft= 70623 ALE 3 3 1 90 0 VALENITE 0,015 236 0,500 NA 0,0043 4,200 0,500 300 1,3 0,062 0,004 3233 123,2 9,0 1 0:03:15 $ 4.876

4 ALE 3 3 1 90 0 VALENITE 0,015 236 0,500 NA 0,0043 3,600 0,500 300 1,3 0,062 0,004 3233 123,2 9,0 1 0:02:47 $ 4.179

5 TAL 1,75 1,75 1 90 0 SECO 0,015 275 6,630 1,750 0,0034 6,630 6,630 600 2,0 0,039 0,003 3420 72,95 7,7 1 0:03:15 $ 4.873

Ft= 4136

6 TAL 1,75 1,75 1 90 0 SECO 0,015 275 6,630 1,750 0,0034 6,630 6,630 600 2,0 0,039 0,003 3420 72,95 7,7 1 0:03:15 $ 4.873

Ft= 4136

7 ALE 2,88 2,88 2 90 0 SECO 0,031 330 0,380 NA 0,0046 4,000 0,380 438 4,0 0,034 0,005 3181 116,3 10,1 1 0:01:00 $ 1.490

8 ALE 3,46 3,46 2 90 0 SECO 0,031 270 0,460 NA 0,0050 5,800 0,460 298 3,0 0,040 0,005 3118 137 10,6 1 0:01:57 $ 2.919

9 ALE 3,46 3,46 2 90 0 SECO 0,031 270 0,460 NA 0,0050 4,600 0,460 298 3,0 0,040 0,005 3118 137 10,6 1 0:01:33 $ 2.315

10 ALE 2 2 2 90 0 SECO 0,031 262 0,250 NA 0,0035 4,950 0,250 500 3,5 0,020 0,004 3396 86,27 4,3 1 0:01:25 $ 2.120

11 ALE 2 2 2 90 0 SECO 0,031 262 0,125 NA 0,0035 4,950 0,125 500 3,5 0,020 0,004 3396 86,27 2,1 1 0:01:25 $ 2.120

12 FRE 2 2 5 90 7 TMX 0,015 315 0,200 0,050 0,0020 0,370 1,130 602 6,0 0,013 0,002 3613 91,76 0,1 6 0:00:22 $ 554

13 FRE 2 2 5 90 7 TMX 0,015 315 0,200 0,175 0,0010 5,770 0,380 602 3,0 0,003 0,001 4268 108,4 0,2 2 0:03:50 $ 5.755

14 FRE 3 3 6 90 7 TMX 0,015 393 0,100 0,174 0,0020 3,000 1,000 500 6,0 0,013 0,002 3613 137,7 0,2 10 0:05:00 $ 7.494

15 FRE 1 1 4 90 30 0,001 79 0,340 0,015 0,0027 8,9 1,000 302 3,3 0,365 0,003 2530 32,13 0,0 3 0:08:12 $ 12.289

16 FRE 2 2 3 30 0 SECO 0,031 315 0,100 0,250 0,0022 19,8 0,3 602 4,0 0,008 0,001 4487 114 0,2 3 0:14:58 $ 22.440

17 FRE 2 2 3 85 -5 TMX 0,031 260 3,500 0,102 0,0027 11,4 3,500 497 4,0 0,012 0,003 3799 96,5 2,5 1 0:02:50 $ 4.251

18 FRE 2 2 3 85 -5 TMX 0,031 260 2,880 0,102 0,0027 11,4 2,880 497 4,0 0,012 0,003 3799 96,5 2,1 1 0:02:50 $ 4.251

19 FRE 2 2 3 85 -5 ADVENT TOOLS0,01 366 0,650 0,027 0,0019 5,310 3,500 699 4,0 0,018 0,002 4133 105 0,1 6 0:08:00 $ 11.994

20 FRE 2 2 3 85 -5 ADVENT TOOLS0,01 366 0,650 0,027 0,0019 5,310 3,500 699 4,0 0,018 0,002 4133 105 0,1 6 0:08:00 $ 11.994

21 FRE 1,25 1,25 4 90 -5 ADVENT TOOLS0,01 180 0,140 0,027 0,0018 3,960 1,000 550 4,0 0,016 0,002 4183 66,41 0,0 8 0:08:00 $ 11.999

22 FRE 1:11:27 $ 107.175

CICLO

11 HH:MM:SS

2 1:20:00 $ 120.000

22 $ 24.000

7 2:43:38 $ 245.455

5 0:00:00 $ 0

2:43:38 $ 245.455

$ 269.455

FRESA 2" TMXFRESADO SELLO PENETRADOR, PROF.1,13, HTA.14

MEDICIONES, PARADAS, VERIFICACIONES

DESCRIPCION DEL PROCESO Y COSTO ACTUAL (UNIDADES EN PULGADAS)

PASO No.

TOR.-ALE., FRE. O TAL.?

PROCESO - ESTRATEGIA

HERRAMIENTA INSERTO DATOS DE CORTE A DIGITAR DATOS DE CORTE CALCULADOS TIEMPO CICLO

COSTO

PTA.HTA. - REF. REFERENCIA MARCA

TALADRADO, PROF.5.185"- HTA.38 BROCA DIAM 2 1/2 WCEM 52,5110T3043P 5225

FRESADO 3/4 TAPER, PROF.2.88, HTA.7

FRESA HEMEIND SEHT43AFTNX45NCM325

FRESADO 3/4 TAPER, PROF.3.5, HTA.7

FRESA HEMEIND SEHT43AFTNX45NCM325

TOTALES TIEMPOS Y COSTOS DEL PROCESO ACTUAL

HORAS x DIA COSTO ADICIONAL C/PIEZA x ALISTAMIENTOPIEZAS x TURNO

TIEMPO CICLO (HxDIA/PIEZASxTURNO)

HTA.=HERRAMIENTA; TOR.-ALE=TORNEADO O ALESADO; FRE=FRESADO; TAL=TALADRADO; D=DIAM. DE LA HTA. EN PULGADAS O DIAM. DE TORNEADO; Dc=DIAM. REAL DE CORTE EN PULGADAS (EN TORNO D=Dc); Z=NÚMERO DE DIENTES DE LA HTA.; K=ÁNGULO DE POSICION EN GRADOS (EN TALADRADO K= ÁNGULO TOTAL DE LA PUNTA DE LA BROCA DIVIDIDO EN DOS); Yo=ÁNGULO DE INCIDENCIA DE HTA EN GRADOS; R=RADIO DE LA HTA. EN PULGADAS; Vc=VELOCIDAD DE CORTE EN SFM - PIES POR MINUTO; Ap=PROF. DE PASADA EN PULGADAS (EN TORNO ES PROF. RADIAL); Ae=ANCHO DE CORTE DE LA FRESA (PARA EL TALADARDO D=Dc=Ae; PARA TORNO Ae-NO APLICA (NA)); Fz=AVANCE POR DIENTE EN PULGADAS/diente=F EN TORNO PULG./REV.;

LONG= LONGITUD EN PULGADAS A FRESAR EN UNA PASADA EN EL PLANO X-Y(EN TORNO LONG. DE CADA PASADA, EN TALADRADO PROF. DEL AGUJERO); PROF= PROFUNDIDAD DE MATERIAL A FRESAR - PARA TORNO PROF. RADIAL EN PULGADAS - PARA TALADRADO ES LA SUMA TOTAL DE LA PROFUNDIDADES DE LOS AGUJEROS ; RPM= REVOLUCIONES POR MINUTO; Vf= AVANCE EN PULGADAS/MIN.; Ra= RUGOSIDAD EN MICROPULGADAS; Hm= ESPESOR DE VIRUTA EN FRESADO = H ( ESPESOR DE VIRUTA EN TORNO) = Hd (ESPESOR DE VIRUTA EN TALADRADO; Kc= FUERZA DE CORTE EN NEWTON; Mc= TORQUE EN Nm; Pc= POTENCIA DE CORTE EN HP- CABALLOS DE FUERZA; #P= NUMERO DE PASADAS; HH:MM:SS= HORAS : MINUTOS : SEGUNDOS; Ft= FUERZA AXIAL DE TALADARDO EN NEWTON

COSTO CICLO + COSTO ALISTAMIENTO x PIEZA

TIEMPO DE MECANIZADO x PIEZA

PIEZAS A FABRICAR TIEMPOS MUERTOS x PIEZA = (T.REAL-T.CICLO)

COSTOSHORAS x TURNO

TALADRADO, PROF.5.185"- HTA.38

TALAD-ALES., PROF. 4" - HTA.39

ABREVIATUTAS

TURNOS x DIA TIEMPO DE ALISTAMIENTO DE MAQUINA

DATOS DE PRODUCCION

TALADRADO, PROF.5.185"- HTA.35

ALESADO D.2,88", PROF.1.84"-HTA.41

TALAD-ALES., PROF. 3.38" - HTA.39

TALADRADO, PROF.5."- HTA.35

FRESADO AREA DE SELLO CAMISA ROSCA 3 1/2 EUE, PROF.1", HTA. 17

BROCA DIAM 2,7"

FRESADO CAJA ROSCA DE 3 1/2, PROF. 0.38, HTA.14

ALESADO 3", PROF. 3.25", HTA.40

ALESADO 3", PROF. 3.25", HTA.40

ALESADO D.3,460",PROF.4"-HTA.42

ALESADO D.3,460",PROF.3,38"-HTA.42

BROCA DIAM 2 1/2

BROCA DIAM 3"

BROCA DIAM 3"

ALESADOR SECO

ALESADOR SECO

BROCA DIAM 2,980

ALESADOR SECO

ALESADOR SECO

ALESADOR SECO

FRESA HEMEIND 30°

FRESA 2" TMX

FRESA 3" TMX

WCEM 321

CENTRAL SPGX1504C1T400 PER

SCPX120408T2000

WCEM 52,5110T3043P 5225

WCEM 321

SCGX120408P2T200D

SCGX120408P2T200D

CENTRAL SPGX1504C1T400 PER

SCPX120408T2000

SCGX120408P2T200D

SCGX120408P2T200D

SCGX120408P2T200D

APKT1604PDSRNCM325

FRESADO DE CHAFLANES, HTA. 8

APKT1604PDSRNCM325

APKT1604PDSRNCM325

FRESA DE TUNGSTENO 1"

ROSCADO INTERPOLADO 3 1/2 EU 8RD, PROF.2.5", HTA.57

ROSCADO INTERPOLADO 3 1/2 EU 8RD, PROF.2.5", HTA.57

SCGX120408P2T200D

FRES. ACAB. AREA DE SELLO 3 1/2 EUE, PROF.1", HTA.12

ROSCADO INTERPOLADO 3 1/8 x 12 NF, PROF. 1", HTA.54

FRESA PEINES ADVENT TOOLS

FRESA PEINES ADVENT TOOLS

FRESA PEINES ADVENT TOOLS

ITR-20-8API-26C

ITR-20-8API-26C

ATM-410 A12PC

Tabla 7. Hoja de Operación de Fresado y Taladrado del proceso Actual, mecanizado en el Centro de mecanizado Horizontal Toyota FA 550.

4.3. TERCERA FASE:Analisis del Proceso Actual Según la información obtenida en la primera fase recolección de información sobre modelo actual de fabricación, en la tabla 8 se relacionan las 10 etapas del proceso de fabricación del El mecanizado del Tubing Hanger “Hoja de Control” de la Gama de Fabricación1, en el Modelo de producción actual se está realizando en un total de 5 maquinas con un tiempo total de mecanizado de 10 Horas y 18 minutos.

PRIMERA ETAPA: Inspección. En la figura se muestra como el material en bruto primero se somete a un proceso de Inspección sobre el torno Milltornics ML 26.

Tiempo de Inspeccion 2 minutos.

1 La “Hoja de Control del Tubing hanger” hace parte de los documentos del Compoendio “Gama del proceso de Fabricacion del Tubing hanger “

46

PROCESO ANTES

FABRIC. MUERTO

HH:MM:SS HH:MM:SS HH:MM:SS HH:MM:SS

1 10 INSPECCIÓN 0:00:00 0:02:00 0:00:00 0:02:00

2 30 CILINDRADO, REFRENTADO TORNO CONV. FUJJI TP02 0:15:00 0:10:00 0:00:00 0:13:00

3 30 CILINDRADO, REFRENTADO TORNO CONV. FUJJI TP02 0:18:00 0:12:00 0:00:00 0:15:36

4 40 MEC. INTERIOR CENTRO M. TOYODA FA 550 1:20:00 2:52:00 0:00:00 3:08:005 30 CIL,REF,RANURA "V" TORNO CNC MILTRONICS ML 26 1:15:00 1:05:00 0:00:00 1:20:00

6 30CIL,REF,RANURA "CUADRADA"

TORNO CNC MILTRONICS ML 26 0:10:00 1:13:00 0:00:00 1:15:00

7 30 CIL. ROSCA 3" BPV 4TPI TORNO CNC MILTRONICS ML 26 1:25:00 1:35:00 0:00:00 1:52:008 40 LINEA DE CONTROL CENTRO M. TOYODA FA 550 2:05:00 0:48:00 0:00:00 1:13:009 40 ROSCA 1/2 X 14 NPT CENTRO M. MORI SEIKI 0:10:00 0:42:00 0:00:00 0:44:00

10 50 ROSCA 3/8NPT.ROSCA1/2NC ALESADORA SUMMIL AL 01 0:10:00 0:14:00 0:00:00 0:16:00

7:08:00 8:53:00 0:00:00 10:18:36

ALISTAM.TIEMPO CICLO T. CICLO +

ALISTAM.CICLO O ETAPA

DESCRIPCION OPERACIÓN MAQUINA

TIEMPO TOTAL 1 PIEZA

ORDEN OPERACIONAL ACTUALTIEMPOS 1 PIEZA

OP. No.

Tabla 8. Tabla resumen que relaciona las etapas de fabricación del Tubin Hanger; con las maquinas donde se ejecutan, los tiempos tanto de alistamiento como de mecanizado efectivos.

SEGUNDA ETAPA: Cilindrado y Refrentado Frontal. Se da inicio a un ciclo de torneado sobre el Milltornics ML 26 con un tiempo de 13 minutos.

4.4. PROPUESTA FINAL: Del Modelo de Producción Propuesto del Tubing Hanger.

Este proceso inicia de la misma forma que el proceso actual. El material es retirado del

almacén y es transportado al torno CNC para empezar el proceso, el cual consta de una

revisión inicial de las dimensiones del material en bruto, estas medidas son comparadas

con las dimensiones del plano para verificar que el material cumpla con los

requerimientos de fabricación. Luego de realizar este primer control de calidad por parte

del operario, se procede a realizar el montaje del material en la copa del torno, la cual

deberá ser una copa auto centrante para disminuir los tiempos usados en el centrado del

material y además se instalara un dispositivo tope entre la copa y el material para

asegurar medidas similares al mecanizar piezas en serie, seguidamente se toman los ceros

de pieza, tanto en el eje “x” como en el eje “z”, datos que son necesarios como

condiciones iniciales del programa CNC, (programa hecho de manera previa por un

programador) luego, se hace la revisión de las plaquitas intercambiables cerciorándose

que estén en optimas condiciones para realizar el mecanizado, en este caso debemos

realizar la revisión de tres plaquitas, porque a diferencia del anterior no solo se hará el

refrentado y el cilindrado sino que además se mecanizara la ranura en “V” tal como se ve

en la Figura 3, y para efectos de tener un mecanizado eficaz se usara un inserto de

desbaste y uno para el acabado, cada uno con las características y condiciones de corte

recomendadas por el fabricante par este tipo de máquina y material . Después de haber

realizado estas acciones todo estará listo para iniciar el mecanizado.

Este proceso inicia con el refrentado del material, y luego un cilindrado, en este ciclo las

dimensiones del diámetro deben quedar de acuerdo a las requeridas por el plano y la hoja

de control, para tal efecto el operario debe verificar las dimensiones con un instrumento

de medida llamado “pie de rey”, el siguiente paso es el de mecanizar la ranura en “V”

47

terminado esta primera parte del proceso, el operario da la vuelta del material para ser

mecanizado por la cara posterior, realizando el mecanizado de refrentado y cilindrado, en

esta segunda parte del proceso realizaremos el mecanizado de las ranuras en “U” y el

mecanizado del cono, quedando totalmente terminadas las operaciones de torno, tal

como se puede ver en la figura:

48

Figura 13. Operaciones de Torneado en el modelo de fabricación propuesto

Figura 14. . Numeración de las Operaciones de Torneado en el montaje de la pieza en la máquina para el modelo de fabricación propuesto

Después de haber realizado el proceso de mecanizado del torno, la pieza será trasladada

al centro de mecanizado para realizar las operaciones de fresado, en esta máquina se

realizaran los agujeros y las preparaciones de las roscas de 3 1-2 EUE, 3 1-8 NC, 3 BPV,

línea de control y pernos de sujeción con sus respectivas roscas, con esta rutina de

mecanizado solo se usaran dos maquinas, el torno ML 26 y el centro de mecanizado

TOYODA 550, de tal manera que cuando la pieza se bajada del pallet del centro de

mecanizado, esta será ya un producto terminado, este proceso se ve ilustrado en la

siguiente imagen:

El ciclos de fresado se deben realizar con la misma secuencia toda vez que se fabrique un TUBING HANGER, de esta forma se está garantizando un proceso estable, para esto se ha diseñado una rutina que se llevaran a cabo en el centro de mecanizado, dicha rutina se configuro con el objetivo de reducir los movimientos de la maquina, minimizando los cambios de herramienta y los movimientos del pallet, para esto se realizaran la mayor cantidad de mecanizados con la misma herramienta, dicha rutina de mecanizado se puede ver en las siguientes imágenes.

49

1

4

2

3

50

Figura 15 Operaciones 1-14 en el Esquema Propuesto para el Fresado en el Mecanizado del Tubing Hanger.

Figura 16. Operaciones 15-29 en el Esquema Propuesto para el Fresado en el Mecanizado del Tubing Hanger

Tabla 9. Hoja de Alistamiento de Herramientas para las Operaciones de Torneado en el Modelo de Fabricacion Propuesto

NOMBRE DEL PRODUCTO: BODY TBG HANGER 11" x 3 1/2 EUE x 3 1/8OP.No.: 30

CODIGO DEL PRODUCTO: P340808304B CICLO -ETAPA 2

DESCRIPCION OPERACIÓN: TORNEADO ELABORO-FECHA: DIGITAR

ITEM CANT. REFERENCIA UBICACIÓN STOCK

1 MWLNL2525M08 $ 170.000 170.000$

10 WNMG 432 RP KCP10 $ 36.000 360.000$

5 SMW-432 $ 26.000 130.000$ 5 LCS-617 $ 13.000 65.000$ 5 CP50-22 $ 18.000 90.000$ 5 0 $ 5.200 26.000$

10 DNMG150404FN KCP10 46.000$ 460.000$

ITEM CANT. REFERENCIA UBICACIÓN STOCK

1 A4SML2525M0620 $ 400.000 400.000$ 10 A4R250I06P00GMN KC5025 $ 71.000 710.000$ 5 MS1970 $ 27.000 135.000$

COSTO TOTAL 2.546.000$

1-2. CILINDRADO REFRENTADO DESBASTE Y ACABADO

GAMA DE FABRICACION - HOJA DE ALISTAMIENTO DE HERRAMIENTAS PARA OPERACIÓNES DE TORNEADO, FRESADO Y TALADRADO

DESCRIPCIÓN

PORTA INSERTO CILINDRADO REFRENTADO DESBASTEINSERTO TORNEADO KENNAMETAL PARA ACEROS DE MEDIO CONTENIDO DE CARBONOPLACA DE APOYO INSERTOTORNILLO INSERTO

PORTA INSERTO MULTIDIRECCIONALINSERTO PTA. REDONDA DIA.6,35

4.TORNEADO MULTIDIRECCIONAL PARA RANURA "V"

DESCRIPCIÓN

TORNILLO PARA INSERTO A4R.

BRIDA DE SUJECIONTORNILLO BRIDA

INSERTO TORNEADO KENNAMETAL PARA ACEROS DE MEDIO

CONO BT Y CABEZA DE ALESADO PARA ACABADO

PARAMETROS TENIDOS EN CUENTA PARA EL ANALISIS DE LA INFORMACION

DATOS DE PRODUCCIONHORAS x TURNO 8

TURNOS x DIA 3HORAS x DIA 24

DIAS HABILES- MES 22

COSTO HORA-MAQUINA50000 COP

51

Tabla 10. Hoja de Operaciones de Torneado en el Modelo de Fabricación Propuesto

NOMBRE DEL PRODUCTO:

CODIGO DEL PRODUCTO:

DESCRIPCION OPERACIÓN:

TORNEADO FRESADO TALADRADO

80%

NOTA No.

FREC.

N1

D. Dc. Z K Yo R. Vc Ap Ae Fz LONG. PROF. RPM Vf Ra Hm Kc Mc Pc #P

INCH INCH º º INCH SFM INCH INCH IPT INCH INCH R./ MIN IPM Uinch INCH N Nm HP HH:MM:SS $

1 TOR 6,98 6,98 1 93 -5 KENNAMETAL0,047 550 0,130 NA 0,0120 7,500 0,450 301 3,6 0,153 0,012 2654 235,3 12,5 4 0:08:18 $ 6.922

2 TOR 6,98 6,98 1 93 -5 KENNAMETAL0,047 550 0,130 NA 0,0120 3,750 0,165 301 3,6 0,153 0,012 2654 235,3 12,5 2 0:02:05 $ 1.730

3 TOR 6,98 6,98 1 93 -5 KENNAMETAL0,031 650 0,030 NA 0,0100 8,000 0,030 356 3,6 0,161 0,010 2773 245,8 3,0 1 0:02:15 $ 1.874

4 TOR 6,28 6,28 1 90 0 KENNAMETAL0,125 400 0,060 NA 0,0120 1,000 0,350 243 2,9 0,058 0,012 2527 201,5 4,0 6 0:02:03 $ 1.713

0:15:19

CICLO

8 HH:MM:SS

3 0:45:00 $ 37.500

24 $ 7.500

44 0:30:00 $ 25.003

5 0:00:00 $ 0

0:30:00 $ 25.003

$ 32.503

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO

FOSE DE CALDAS

COSTOSHORAS x TURNO

TURNOS x DIA TIEMPO DE ALISTAMIENTO DE MAQUINA

ABREVIATUTAS

HTA.=HERRAMIENTA; TOR=TORNEADO; FRE=FRESADO; TAL=TALADRADO; D=DIAM. DE LA HTA. EN PULGADAS O DIAM. DE TORNEADO; Dc=DIAM. REAL DE CORTE EN PULGADAS (EN TORNO D=Dc); Z=NÚMERO DE DIENTES DE LA HTA.; K=ÁNGULO DE POSICION EN GRADOS (EN TALADRADO K= ÁNGULO TOTAL DE LA PUNTA DE LA BROCA DIVIDIDO EN DOS); Yo=ÁNGULO DE INCIDENCIA DE HTA EN GRADOS; R=RADIO DE LA HTA. EN PULGADAS; Vc=VELOCIDAD DE CORTE EN SFM - PIES POR MINUTO; Ap=PROF. DE PASADA EN PULGADAS (EN TORNO ES PROF. RADIAL); Ae=ANCHO DE CORTE DE LA FRESA (PARA EL TALADARDO D=Dc=Ae; PARA TORNO Ae-NO APLICA (NA)); Fz=AVANCE POR DIENTE EN PULGADAS/diente=F EN TORNO PULG./REV.;

LONG= LONGITUD EN PULGADAS A FRESAR EN UNA PASADA EN EL PLANO X-Y(EN TORNO LONG. DE CADA PASADA, EN TALADRADO PROF. DEL AGUJERO); PROF= PROFUNDIDAD DE MATERIAL A FRESAR - PARA TORNO PROF. RADIAL EN PULGADAS - PARA TALADRADO ES LA SUMA TOTAL DE LA PROFUNDIDADES DE LOS AGUJEROS ; RPM= REVOLUCIONES POR MINUTO; Vf= AVANCE EN PULGADAS/MIN.; Ra= RUGOSIDAD EN MICROPULGADAS; Hm= ESPESOR DE VIRUTA EN FRESADO = H ( ESPESOR DE VIRUTA EN TORNO) = Hd (ESPESOR DE VIRUTA EN TALADRADO; Kc= FUERZA DE CORTE EN NEWTON; Mc= TORQUE EN Nm; Pc= POTENCIA DE CORTE EN HP- CABALLOS DE FUERZA; #P= NUMERO DE PASADAS; HH:MM:SS= HORAS : MINUTOS : SEGUNDOS; Ft= FUERZA AXIAL DE TALADARDO EN NEWTON

COSTO CICLO + COSTO ALISTAMIENTO x PIEZA

DATOS DE PRODUCCIONTOTALES TIEMPOS Y COSTOS DEL PROCESO ACTUAL

HORAS x DIA COSTO ADICIONAL C/PIEZA x ALISTAMIENTOPIEZAS x TURNO

TIEMPO CICLO (HxDIA/PIEZASxTURNO)

TIEMPO DE MECANIZADO x PIEZA

PIEZAS A FABRICAR TIEMPOS MUERTOS x PIEZA = (T.REAL-T.CICLO)

MEDICIONES, PARADAS, VERIFICACIONES

A4SML2525M0620 A4R250I06P 00GMN KC5025

PTA.HTA. - REF. REFERENCIA

CIL. EXT. DESBASTE MWLNL2525 M08 WNMG 433 RP KCP10

COSTO

MARCA

DESCRIPCION DEL PROCESO Y COSTO PROPUESTO (UNIDADES EN PULGADAS)

PASO No.

TOR., FRE. O TAL.?

PROCESO - ESTRATEGIA

HERRAMIENTA INSERTO DATOS DE CORTE A DIGITAR DATOS DE CORTE CALCULADOS TIEMPO CICLO

CENTRAR CON COMPARADOR 100% N2 VERIFICAR LONGITUDES Y DIAMETROS

NOTA DE CALIDAD FRECUENCIA NOTA No. NOTA DE CALIDAD FRECUENCIA NOTA No.

DIBUJOS:

NOTAS DE CALIDAD PARA TENER EN CUENTA EN EL PROCESO:

NOTA DE CALIDAD

22 HRC EXPONENTE DE MAQUINABILIDAD: mc (DIGITAR): 0,24

COSTO HORA MAQUINA(DIGITAR): $ 50.000

LINEA DE HERRAMIENTAS DOCUMENTO No.: VERSION PROCESO: 1

DIVISION METALMECANICAHOJA DE OPERACIÓN - TORNEADO

MATERIAL: ACERO AISI 4130 D=11,5" x 11,5"

GAMA DE FABRICACIONBODY TBG HANGER 11" x 3 1/2 EUE x 3 1/8

OP. No.

TORNEADO CNCETAPA:

30

2

1. CARACTERÍSTICAS MÁQUINA 2. CARACTERISTICAS MATERIAL

REF. DESBASTE MWLNL2525 M08 WNMG 433 RP KCP10

TIPO-MARCA-MODELO: TORNO CNC MILTRONICS ML 26

No. SERIAL: MAXIMAS RPM: 4000 TRATAMIENTO: NO APLICA FUERZA ESPECIFICA DE CORTE [N/mm²]: Kc1.1 (DIGITAR): 1900

% POTENCIA A USAR POTENCIA(KW) 11 HP 15 DUREZA:

CIL. EXT. ACABADO

RANURADO "V"

MDJNL 2525 M15 DNMG432FN KCP 10

52

GILBERTO ORTIZ H

02 de Julio de 2012

92

TIEMPO NOTAS Y ANALISIS

10:06:05

El material es izado con un puente grua y se transporta en un carrito.

20:03:00 Las medidas se verifican con un

pie de rey.

30:08:00 El material es izado con un

puente grua.

40:05:30

50:14:00

60:10:23

70:02:15

80:02:13

90:02:00

100:08:00

El material es izado con puente grua, para facilitar el movimiento

110:10:05

120:02:15

130:02:03

140:02:00

150:08:00 La pieza es izada con un puente

grua.

160:05:15

La pieza es llevada manualmente usando un carrito.

170:06:20

Izar dispositivo con puente grua

180:06:20

El dispositivo se encuentra al lado de la maquina, en una zona especifica para ello.

190:05:00

200:12:00

210:03:05

220:03:05

230:05:47

240:08:50

250:02:06

TALADRADO, PROF.3,38"- HTA.

TALADRADO, PROF.3,5"- HTA.

TOMAR CEROS DE PIEZA E INGRESARLOS AL CONTROL

TALADRADO, PROF.4"- HTA.

ALESADO DESBASTE 2,970"AREA ROSCA 3 1/8, PROF. 2.25", HTA.

TALADRADO, PROF.10,95"- HTA.

REVISAR PROGRAMA CNC

TRANSPORTAR PIEZA PREMECANIZADA HASTA EL CENTRO DE MECANIZADO

10

REALIZAR MONTAJE Y ALINEAR DISPOSITIVO DEL TUBING HANGER

REALIZAR MONTAJE DEL TUBING HANGER SOBRE EL DISPOSITIVO

REALIZAR MEDICIONES Y CONSIGNAR DATOS EN HOJA DE CONTROL

BAJAR PIEZA DE LA COPA DEL TORNO Y LLEVARLA A ZONA DE ESPERA

DAR LA VUELTA DEL MATERIAL PARA SEGUNDO PROCESO DE TORNO

REALIZAR MECANIZADO DE DESBASTE EN REFRENTADO Y CILINDRADO

REALIZAR MECANIZADO DE ACABADO EN REFRENTADO Y CILINDRADO

REALIZAR MEDICION Y CONSIGNAR DATOS EN HOJA DE CONTROL

TOMAR CEROS DE PIEZA E INGRESARLOS AL CONTROL

VERIFICAR PROGRAMA CNC

REALIZAR MECANIZADO DE DESBASTE EN CILINDRADO Y REFRENTADO

REALIZAR MECANIZADO DE RANURAS EN "U"

REALIZAR MECANIZADO DE RANURA EN "V"

DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO OPERACIÓN FABRICACION DE TUBING HANGER DE 11" 3 1/2" PREPARADO POR

METODO ACTUAL METODO PROPUESTO X FECHA

TRANSPORTE DEL MATERIAL DESDE EL ALMACEN HASTA EL TORNO ML 26

42

VERIFICAR MEDIDAS DEL MATERIAL Y COMPARAR CON EL PLANO

REALIZAR EL MONTAJE DEL MATERIAL EN LA COPA DEL TORNO

TIEMPO TOTAL 3:47:04 DESPLAZAMIENTO TOTAL (m)

EVENTO SIMMBOLODISTANCI

A (m)

REALIZAR MEC. DE ACABADO EN CILINDRADO REFRENTADO Y DAR MEDIDAS

53

GILBERTO ORTIZ H

02 de Julio de 2012

40

TIEMPO NOTAS Y ANALISIS

260:02:07

270:00:54

280:00:54

290:00:12

300:03:50

310:00:42

320:00:32

330:14:58

340:02:08

350:02:08

360:08:00 Realizar revisión de rosca con

gage para asegurar rosca.

370:08:00 Realizar revisión de rosca con

gage para asegurar rosca.

380:08:00 Realizar revisión de rosca con

gage para asegurar rosca.

390:00:08

400:00:08

410:00:07

420:09:39 Realizar revisión de rosca con

gage para asegurar rosca.

430:00:20

440:00:43

450:01:01

460:01:01

470:01:00

480:00:55

490:01:00

500:15:00

Verificar estado de los insertos de cada porta herramienta durante el proceso.

510:00:00

EVENTO SIMMBOLODISTANCI

A (m)

DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO OPERACIÓN FABRICACION DE TUBING HANGER DE 11" 3 1/2" PREPARADO POR

METODO ACTUAL METODO PROPUESTO X FECHA

TIEMPO TOTAL 3:47:04 DESPLAZAMIENTO TOTAL (m)

FRESADO 3/4 TAPER, PROF.2.88, HTA.

40

ALESADO DESBASTE AREA DE SELLO ROSCA BPV D.3,035", PROF.0,38"-HTA. CARA 0°

TALADRADO, PROF.11"- HTA. LINEA DE CONTTROL

TALADRADO 23/32 PROF.1"HTA.

TALADRADO CENTRO, PROF.0,2"- HTA. LINEA DE CONTTROL

MEDICIONES, PARADAS, VERIFICACIONES

ALMACENAMIENTO

ROSCADO INTERPOLADO 3" BPV 4TPI, PROF. 1,84", HTA.

ALESADO DESBASTE AREA DE SELLO ROSCA BPV D.3,035", PROF.0,38"-HTA. CARA 180°

ROSCADO DE 3/8 NPT

FRESADO AREA DE SELLO FITTING PROF.1"HTA.

ROSCADO 1/2 x 14 NPT PROF.1" HTA.

ALESADO ACABADO 2,880 SELLO PENETRADOR, PROF.4,75, HTA.

ROSCADO INTERPOLADO 3 1/8 x 12 NF, PROF. 2", HTA.

FRESADO 3/4 TAPER, PROF.3.5, HTA.

TALADRADO 23/32 PROF.1"HTA.

ALESADO ACABADO AREA DE SELLO ROSCA BPV, DIA=3,047" PROF.0,38", HTA.

ROSCADO INTERPOLADO 3 1/2 EU 8RD, PROF.2.5", HTA.

ALESADO DESBASTE SELLO CAMISA, PROF.1", HTA.

FRESADO CAJA ROSCA DE 3 1/2, PROF. 0.38, HTA.

ROSCADO INTERPOLADO 3 1/2 EU 8RD, PROF.2.5", HTA.

FRESADO DE CHAFLANES, HTA.

ALESADO ACABADO SELLO CAMISA, PROF.1", HTA.

ALESADO ACABADO 3" AREA DE SELLO ", PROF. 6.2", HTA.

ALESADO DESBASTE 2,988"AREA DE SELLO 3", PROF. 6.2", HTA.

ALESADO ACABADO AREA ROSCA 3 1/8 ", PROF. 2,25", HTA.

54

55

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Tabla 11. Gama de Fabricación Total del Proceso de Mecanizado Propuesto.

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