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5/5/2015 CoronadoMarn

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EstudiosGerenciales,No.94EneMar2005

ECONOMAENELMAQUINADOPARALAINDUSTRIAMETALMECNICA

JOHNJAIROCORONADOMARN

IngenieroMecnico,MagsterenCienciasenIngenieraMecnica,ProfesordelaUniversidaddelValle.EscueladeIngenieraMecnica,CatedrticodelaUniversidadICESI.Departamentode

CienciayTecnologa.johncoro@[email protected]

Fechaderecepcin:200403Fechadeaceptacin:200410

ABSTRACT

Thisarticlepresentsastudyoftheeconomyinthemachiningprocess,for:minimumcostcriterionandmaximumproductionrate.Threetypicalmaterialsinthecuttingtoolswereanalyzed:highspeedsteel,cementedcarbideandceramic.Theceramictoolpresentedminorcostperunitandminordurationofthecycle,thatthecementedcarbideandthatthehighspeedsteel.Thedisposableinsertspresentedminortimepercycleandcostperunitthattheregrindabletooling.

KEYWORDS

Machiningprocess,cuttingtool,highspeedsteel,cementedcarbide,ceramic,disposableinsert,regrindabletooling.

Rating:A

RESUMEN

Esteartculopresentaunestudiosobrelaeconomaenelprocesodemaquinadoparaminimizarloscostosporunidadymaximizarlavelocidaddeproduccin.Seanalizarontresmaterialestpicosenlasherramientasdecorte:acerodealtavelocidad,carburocementadoycermico.Seencontrquelasherramientasdematerialcermicoposeenmenorcostoporunidadymenorduracindelcicloquelasherramientasdecarburocementadoyquelasherramientasdeacerorpido.Lasherramientasdesechablespresentaronmenortiempoporcicloymenorcostoporpiezaquelasherramientasreafilables.

PALABRASCLAVE

Procesodemaquinado,herramientadecorte,acerodealtavelocidad,carburocementado,cermico,herramientadesechable,herramientareafilable.

Clasificacin:A

INTRODUCCINLosprocesosdemanufacturasonlacombinacindepersonal,materiaprima,herramientasymquinasparalaobtencindeunproductofinal.Unodelosprocesosdemanufacturamsusadosenlaproduccindepiezasmetlicaseselcortecondesprendimientodematerial,conocidocomomaquinadoomecanizado.Esdecir,unaherramientaconfiloscortantesfabricadadeunmaterialresistentealdesgasteyalasaltastemperaturas,penetralasuperficiedeunapiezacondesprendimientodematerialenformadeviruta,hastaobtenerelproductofinal.Losparmetrosfundamentalesenunprocesodecorteson:velocidaddecorte,avancey



profundidad.Lavelocidaddecorte(Vc)eselcaminorecorridoporelfilodelaherramientaporunidaddetiempo.DondeDeseldimetrodelapiezayneslavelocidadderotacin.

Actualmentelasmquinasherramientasusadasenlosprocesosdemecanizadovienenaltamenteautomatizadas,reduciendolasnecesidadesdemanodeobraparaciertosprocesosproductivos.Estasmquinassepuedenprogramarusandoelcontrolnumricocomputarizado(CNC),dichosprogramascontienenlainformacintecnolgicasobreelprocesodemecanizado.Tambinsepuedenprogramarusandolaayudadeldiseoasistidoporcomputador(CAD),dondesediseanlaspartesamecanizar.Posteriormentepasanaunprogramademanufacturaasistidaporcomputador(CAM)dondeserealizalasimulacindelprocesodecorte,selecseleccionandolasherramientas,materialesyparmetrosdecorte.LosprogramasCAD/CAMayudanarealizarprogramasCNCcomplejos.

Laindustriametalmecnicaestadquiriendomquinasherramientasdeltimatecnologa,peromuchasdestasnosonaprovechadasalmximoporlasempresas,debidoaquelasvelocidadesnoseoptimizanylosmaterialesdelasherramientasdecortenosiempresonlosmsadecuados.Lasherramientasdecortedebencumplircontrespropiedadesimportantes:tenacidad,durezaencalienteyresistenciaaldesgaste.UnmaterialparaherramientaampliamenteusadodesdeprncipiosdelsigloXXeselacerodealtavelocidadoacerorpido(HSS),sehaseguidousandodebidoaquesehanhechomejorasenlosingredientesdealeacinyporsubajocosto.Lasherramientasdeacerodealtavelocidadsonreafilables,yaquetodoelvstagoesdelmismomaterial.Actualmenteexistennuevosmaterialesparaherramientasconmejorespropiedadesmecnicas,comosonloscarburoscementadosyloscermicos.Estosmaterialessondesechablesysefijanmecnicamenteenunportaherramientas.LavidadelaherramientaesunfactorimportanteparalareduccindeloscostosdemecanizadoysepuedecalcularconbaseenlaecuacindeTaylor:

DondeTeslavidadelaherramienta,nyCsonparmetrosquedependendelavance,laprofundidaddecorteyespecialmentedelmaterialdelaherramienta.

OPTIMIZACINDELPROCESODEMANUFACTURAElvolumendeproduccinyloscostossedebenconsiderarenlosprocesosdeproduccindepiezas.Enlaindustriasedebeoptimizarelprocesomaximizandolaproduccinyminimizandoloscostos.Paralogrardichoobjetivoesnecesarioconsiderartodosloscostosyeltiemporequeridoparamaquinarunadeterminadapieza.

Eltiempodelciclodeproduccindeunapieza(maximizacindelciclodeproduccin)dependededosfactores:1)elacabadoylaexactituddimensionaldelasuperficiey2)delacantidaddematerialporremover.Eltiempodelciclodeproduccindeunapieza(Tp)sepuedecalcularporlasiguienteexpresin:

Td=tiempoparamontarydesmontarlapiezaenlamquinaherramienta.

Tm=tiempoquelaherramientautilizaparamaquinarduranteunciclo.



Tc=tiempodecambiodelaherramientacuandosedesgasta.

Np=cantidaddepiezasquesemaquinanconunfilocortante.

Alaumentarlavelocidaddecorte,disminuyeeltiempodecorte,peroaumentaeltiempodecambiodelaherramienta,mientrasqueeltiempoparamontarydesmontarlapiezapermanececonstante.Eltiempodemaquinadoparaunaoperacindetorneadosepuedecalcularmediantelasiguienteexpresin:

DondeLeslalongituddelapiezadetrabajo.Lacantidaddepiezasquesemaquinansepuedecalcularcomo:Np=T/Tm.Portanto,reemplazandoenlaecuacin(3)tenemoslasiguienteexpresin:

Lavelocidaddecorteparamximavelocidaddeproduccinsepuedeobtenerhaciendoladerivadadelaecuacin(5)conrespectoalavelocidaddecorteigualacero:Tc/Vc=O.

Lavidadelaherramientaparamximavelocidaddeproduccinquedadelasiguientemanera:

Paraminimizarelcostoporunidadsedebenconsiderardosfactores:1)lavidadelaherramientadecorte,adems2)lasfuerzasypotencia.Laeconomasepuedeconseguircuandoelacabadoylaexactitudnecesariosselogranalmnimocostoporunidad.Lasherramientasdesechables,insertosoplaquitasintercambiables,sepuedenrotarparausarotrofilodecorte,cuandosedesgastan.Normalmenteexistenseisuochofilosporinserto,dependiendodesuforma.Elcostodelaherramientasepuedecalcularcomo:

DondeCfeselcostoporfilocortante,PfeselpreciodecadainsertoyNeeslacantidaddefiloscortantesporinserto.Paraherramientasreafilablescomolasdeacerorpidoodecarburo



soldado,sedebeconsiderarelcostodelreafilado.

DondeCfeselcostoporvidadelaherramienta,Pfeselpreciodelaherramientadevstagoslidoocarburosoldado,Ngnmerodevecesquesepuedereafilarlaherramienta,TgeseltiempoquetardaenafilarlaherramientayCgeslatasadeafilaafilado.Elcostototalporunidaddeproducto(Cp)queda:

DondeCoeslatasadecostoparaeloperarioylamquina,CoTdeselcostodemontarydesmontarlapieza,CoTmeselcostodeltiempodemaquinado,CoTt/NpeselcostodeltiempodelcambiodelaherramientayCf/Npeselcostodelaherramientaporunidaddelproducto.Alaumentarlavelocidaddecortedisminuyeelcostodeltiempodemaquinado,peroaumentaelcostodelaherramientayelcostodeltiempodecambiodelaherramientaypermanececonstanteelcostodemontarydesmontarlapieza.EnlaFigura1semuestracmovaraelcostodeproduccinparadiferentesvelocidadesdecorte.

Expresandolaecuacin10entrminosdelavelocidaddecorte,seobtiene.



Enladerivadadelaecuacin11conrespectoaVcsepuedehallarlavelocidaddecorteparaelcostomnimoporpieza.

Lavidadelaherramientaparaelcostomnimoporpiezasepuedecalcularcomo:

RESULTADOSMuchasindustriasmetalmecnicasprefierenusarlasherramientasreafilablesdeacerorpidodebidoasubajocostoyreutilizacin,peronotienenencuentaotrosfactoresdeterminantesenlaeconomadelmaquinado.Acontinuacinsecomparanlostresmaterialesparaherramientasenlasmismascondiciones:operacintorneadodeacabado,eltiempodemontarydesmontarlapiezadetrabajoesde2min,elavance2.54mm/revylaprofundidad0.0127mm.Lasdimensionesdelapiezaenbrutofueron:dimetro57.15mmylongitud292.1mm.EnlaTabla1semuestranlosparmetrosC,n,eltiempodecambiodelaherramientayelpreciodecadamaterialparaherramienta.

EnlaTabla2semuestranlosresultadosparamaximizarlavelocidaddeproduccin,paralaherramientacermicalavelocidaddecorteesdiezvecesmayorqueparaelcarburocementadoyochentavecesmayorqueelacerorpido.Lavidadelaherramientaesmayorparaelacerorpido,peroeltiempodelciclodeproduccinporpiezafuemenorparalaherramientacermica,seguidaporladecarburocementadoyfinalmenteladeacerorpido.Esdecir,queaunqueinicialmentehayquehacerunamayorinversinparalaherramientacermicafinalmenteserecuperaconcrecesenelcostoporunidadyladuracindelciclo.Lasherramientasdesechablessonrecomendadasporqueeltiempoporcicloyelcostoporpiezasonmenoresqueparalaherramientareafilable.



EnlaTabla3semuestranlosresultadosparaminimizarelcostoporunidad.Seencontrqueelcostoporunidadesmenorparalaherramientacermica,luegosigueladecarburocementadoyfinalmenteladeacerorpido.Lasempresasmetalmecnicaspuedenescogerlavelocidaddecortedeacuerdoconlasnecesidadesdelmomento,esdecir,sitienendemorasconlaentregadelosproductos,esconvenientetrabajarconlavelocidaddecorteparamximavelocidaddeproduccin.Delocontrario,puedentrabajarconunavelocidaddecorteparaminimizarelcostoporunidad.Lasempresassiempredebentrabajarenesterangodevelocidadparaoptimizarelprocesodemanufactura.

Elcostodecadainsertodecarburoocermicoespequeo,comparadoconelimpactoquetienendichosinsertosconlascostosasyaltamenteproductivasmquinasCNC.ElcostodeunamquinaCNCindustrialpuedeestarenunrangoentre$300.000.000hasta$1.250.000.000.Conestospreciosnoesbuennegociousarlaherramientamsbarata,especialmenteconlaeconomaglobaldecompetitividad.Paraconseguirunsustancialahorrodecostosexistenotrosfactoresquepuedenincrementarseenelmaquinado,comoson:velocidades,avancesyprofundidadesdecorte.Sebajanloscostos,yaqueseestaprovechandoalmximolapotenciadelamquina,debidoalamayorcantidaddepiezasproducidasconunmenortiempodemaquinado.Usandolaherramientaapropiadasepuedemaximizarlaproduccin,peroaumentanloscostosdelaherramienta,portalmotivosedebeescogerentreprecioyproductividad.

CONCLUSIONESYRECOMENDACIONESLasherramientasdecermicaposeenmenorcostoporunidadymenorduracindelcicloquelasherramientasdecarburocementadoyquelasherramientasdeacerorpido.

Loscostosdelaherramientadeacerorpidoaumentanaltenerquereafilarlaherramientayeltiempodemaquinadoaumentaporlasvelocidadesdecortetanbajas.

Serecomiendaalasempresasmetalmecnicastrabajarconunavelocidaddecorteenunrangocomprendidoentrelavelocidaddecorteparamnimocostoylavelocidaddecorteparamnimotiempodeproduccin.

Lasvelocidadesdecortetantoparaminimizarelcostocomoparamaximizarlaproduccin,sondirectamenteproporcionalesalosparmetrosCyn.

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