Procesado de Chapa _Introd

8/19/2019 Procesado de Chapa _Introd.

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Procesado de chapa. Introducción pág. 1

INTRODUCCIÓN.

¿Qué es la manufactura?

Revisando algunos objetos que hay a nuestro alrededor (reloj, móvil, silla, lata derefresco, ordenador, etc), podemos observar que tienen diferentes formas y que no seencuentran en la naturaleza. Se han transformado en diferentes formas a partir de

materias primas y ensamblado.

Notamos fácilmente que algunos objetos están hechos de una sola pieza, comoclavos, tornillos, tenedores, etc. Si embargo, la mayoría de los objetos como losmotores de automóvil (inventados en 1876), lavadoras (1910), tostadoras (1926),aparatos de aire acondicionado (1928), frigoríficos (1931), bolígrafos (1938),fotocopiadoras (1949) y miles de otros productos, se construyen medianteensamblado de varios componentes, fabricados de distintos materiales.

Manufactura , en sentido amplio, es el proceso de convertir materias primas enproductos. También comprende actividades en que el propio producto fabricado seusa para elaborar otros productos. Los ejemplos podrían incluir a las grandes prensasque forman láminas metálicas usadas en accesorios y carrocerías para coches,máquinas para fabricar tornillos y tuercas.El nivel de manufactura de una nación se relaciona directamente con su saludeconómica; por lo general, cuanto mayor es su actividad manufacturera, mayor será elnivel de vida de un país.

Número de componentes de diferentes objetos:

Podadora 300Piano de cola 12000Automóvil 15000Boeing 747 >6000000

La palabra manufactura se deriva del latín manu factus , que significa “hecho a mano”,y apareció por primera vez en escritos de 1567.

Debido a que suelen pasar por varios procesos en los que las materias primas seconvierten en productos útiles, los artículos manufacturados adquieren un valor,definido como precio de venta. Por ejemplo, como materia prima para productoscerámicos, la arcilla tiene un pequeño valor al extraerla de la cantera. Cuando seconvierte en la parte cerámica de una bujía, un vaso, un aislante eléctrico, etc, seagrega valor a la arcilla (valor agregado). Así, vemos que la manufactura tiene laimportante función de agregar valor.

En general, la manufactura es una actividad compleja que comprende una amplia

variedad de recursos y actividades :

Diseño del producto.


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Maquinaria y herramienta. Planeación del proceso. Materiales. Compra. Fabricación. Ventas. Servicios al cliente.

Es fundamental que la manufactura responda a los siguientes requerimientos :

1 .- Un producto debe satisfacer totalmente los requisitos del diseño, especificacionesy normas.2 .- Un producto debe manufacturarse mediante los métodos más económicos yrespetuosos con el medio ambiente.3 .- La calidad debe integrarse al producto en cada etapa, desde el diseño hasta elmontaje.

4 .- En el muy competitivo ambiente actual, los métodos de producción deben ser losuficientemente flexibles para responder a las cambiantes demandas del mercado, alos tipos de productos y a las capacidades de producción, a fin de asegurar unaentrega oportuna al cliente.5 .- Las actividades de manufactura deben verse como un gran sistema, cuyas partesse relacionan entre sí en grados variables.6.- El fabricante debe trabajar con el cliente para obtener una retroalimentaciónoportuna y conseguir así una mejora continua del producto.7.- Una organización manufacturera debe luchar constantemente por obtener mayores

niveles de productividad, que se define como el uso óptimo de todos los recursos:materiales, máquinas, energía, capital, mano de obra, etc.

Breve historia de la manufactura.

Se originó entre los años 5000 y 4000 a.C. Las marcas y dibujos en las cuevasprimitivas hacían necesario la fabricación de herramientas apropiadas para esasaplicaciones.

Los primeros materiales usados para fabricar utensilios domésticos y objetosornamentales fueron el oro, cobre, hierro, plata, plomo, estaño, latón y bronce.

Hasta la Revolución Industrial (Inglaterra, 1750), los bienes se producían en lotes. Lamecanización moderna comenzó en Inglaterra con el desarrollo de la maquinaria textily de las máquinas herramientas para cortar metales. En 1800 se produjo un granavance en el diseño, fabricación y uso de partes intercambiables, antes era necesarioel ajuste a mano.

A inicio de la década de 1940 se desarrollaron los ordenadores tal y como los

conocemos actualmente, que han hecho que los sistemas de manufactura hayanavanzado tanto que, por ejemplo, las latas de aluminio para bebidas se fabrican avelocidades de 500 uds/min, y las bombillas a más de 2000.


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Ejemplo: Clip.

Los clips o sujetadores para papel, fueron desarrollados por el noruego Johan Vaalerque los patentó en los Estados Unidos en 1901.

Supongamos que queremos diseñar y producir clips. ¿Qué tipo de materialelegiríamos para hacer este producto tan simple? ¿Debería ser metálico o no? Si

elegimos metal ¿qué tipo? Si tiene forma de alambre ¿cuál sería su diámetro?¿Debería ser redondo o tener otra sección transversal? ¿Son importantes el acabadosuperficial y la apariencia del alambre?

¿Cómo le daríamos al alambre la forma de clip? ¿Lo fabricaríamos a mano o qué tipode máquina especial diseñaríamos y fabricaríamos, o compraríamos para fabricarlo?

Si fueras propietario de una empresa fabricante y recibieras dos pedidos, uno por10000 clips y el otro por 10 millones de clips, ¿sería diferente su método de

fabricación?.

Obviamente, el clip para sujetar papel debe cumplir su requisito funcional básico :mantener juntas unas hojas de papel con la suficiente fuerza de sujeción para que nose separen. Por consiguiente, debe diseñarse de modo apropiado, particularmente encuanto a forma, tamaño, textura y apariencia.

El material seleccionado debe tener cierta rigidez y resistencia. Por ejemplo, si larigidez (medida inversa de cuánto se flexiona cuando se somete a una fuerza) es muy

grande, tal vez los usuarios requieran un nivel de fuerza incómodo para usar el clip. Aligual que se necesita mayor fuerza para estirar o comprimir un resorte rígido que parahacerlo con uno más suave. En cambio, si la rigidez del sujetador es demasiadopequeña, no ejercerá la suficiente fuerza de sujeción sobre el conjunto de papeles.


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Después de terminar el diseño del clip, debe buscarse el material adecuado, para ellorequerimos saber la función y los requisitos de servicio del producto. Elegiremos,preferentemente, materiales que estén disponibles comercialmente, materialesresistentes a la corrosión, para que la oxidación no deje marcas en el papel.

Debemos hacernos muchas otras preguntas respecto de la producción de clips.¿Podrá el material elegido soportar el doblado durante la fabricación sin agrietarse ni

romperse? ¿Podrá cortarse fácilmente el alambre sin desgastar en exceso laherramienta? ¿El corte producirá una arista lisa en el extremo del alambre, o dejaráuna rebaba afilada que podrá interferir en el uso del clip?

Finalmente, ¿Cuál es el método de manufactura o fabricación más económico, a unacapacidad de producción deseada, para que pueda ser competitivo en el mercado?Por todo esto, debemos seleccionar cuidadosamente un método de fabricaciónadecuado, así como las herramientas, maquinaria y equipos necesarios.

Ejemplo: Bombillas.

Edison (1847 – 1931) fabricó la primera bombilla en 1879. Su principal inconvenientees que tenía una vida de solo 13,5 horas. Desde entonces se han hecho muchasmejoras en los materiales y en los métodos de fabricación de bombillas.

En una bombilla, la parte emisora de luz es el filamento que se calienta y se poneincandescente al paso de la corriente y debido a su resistencia eléctrica. Alcanzaentre 2200ºC y 3000ºC. La primera lámpara de Edison tenía un filamento de carbono

y anteriormente había experimentado con papel carbonizado, osmio, iridio y tántalo.Pero ninguno de estos materiales tiene la resistencia mecánica, a la alta temperaturay la larga vida del tungsteno (W), que es el material utilizado.

El primer paso en la manufactura de una bombilla consiste en fabricar el vástago devidrio que soporta los alambres de entrada y el filamento, y los conecta a la base de lalámpara. Estos componentes se colocan, ensamblan y sellan mientras el vidrio secalienta con llamas de gas. Después se sujeta el filamento a los alambres de entrada.

El conjunto terminado del vástago se transfiere a una máquina que baja un globo decristal sobre él y con una llama, sella su cuello al aro de la montura. Se extrae el airede la bombilla mediante un tubo de escape y luego se llena con gas inerte, quenormalmente es una mezcla de nitrógeno y argón. Después se sella el tubo deescape.

El siguiente paso consiste en sujetar la base a la bombilla usando un pegamentoespecial. La máquina que realiza la operación de sujeción también suelda losalambres de entrada a la base metálica para dar la conexión eléctrica.

El filamento se fabrica comprimiendo primero polvo de tungsteno en lingotes ysinterizándolo (calentando sin fundir). Después se redondea el lingote y se le da formade varilla mediante rotación, las varillas se estiran por medio de una matriz, en varios


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pasos, para producir un alambre delgado que se enrolla para aumentar su resistenciay su capacidad de producir luz.

El diámetro del alambre para una bombilla de 60 W es de 0,045 mm y debecontrolarse de manera muy precisa, porque si es menor en un 1% la vida de labombilla puede reducirse en un 25%.

El espaciamiento entre las espiras también debe ser muy preciso, para evitar laconcentración localizada de calor y con ello un posible cortocircuito.

En general, los alambres de entrada se fabrican de níquel, cobre o molibdeno, y losalambres de soporte con molibdeno. La porción de alambre de entrada embutida en elvástago se fabrica con una aleación de Fe – Ni, recubierta con cobre. El alambre tienegeneralmente el mismo coeficiente de dilatación que el vidrio, lo cual impide que segeneren esfuerzos térmicos que podrían hacer que se agrietara el vástago. La basede la bombilla suele hacerse de aluminio con recubrimiento.

Normalmente, el cristal de las lámparas se fabrica soplando vidrio fundido en unmolde. Se usan varios tipos de vidrio, dependiendo del tipo de bombilla. El interior deltubo puede ser translúcido, para reducir el brillo y difundir mejor la luz, o transparente.


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El proceso de diseño del producto.

El diseño del producto es una actividad crítica, porque se estima que el 70 u 80% delcoste del desarrollo y manufactura de un producto está determinado por lasdecisiones tomadas en las etapas iniciales del diseño. Este proceso comienza con eldesarrollo de un concepto para un producto original. En esta etapa es altamentedeseable, e incluso fundamental, un método innovador de diseño, para que elproducto tenga éxito en el mercado y se obtengan grandes ahorros en coste dematerial y de producción.

El diseño de un producto requiere una comprensión completa de sus funciones. El

producto puede ser nuevo o una versión modificada de un artículo existente.

El diseño de un producto comprende a menudo la preparación de modelos analíticos yfísicos del mismo para estudiar factores como fuerzas, deformaciones, etc. Lanecesidad de dichos modelos depende de la complejidad del producto. Actualmentese usan técnicas de modelado y diseño asistidos por ordenador (CAD), ingenieríaasistida por ordenador (CAE), fabricación asistida por ordenador (CAM).

Por ejemplo, el avión Boeing 777 se diseñó en su totalidad por medio de ordenadores,

con 2000 estaciones de trabajo conectadas a 8 servidores de diseño. A diferencia delos modelos anteriores, no se elaboraron prototipos o maquetas y el avión seconstruyó directamente a partir del software CAD/CAM desarrollado.

Al usar ingeniería asistida por ordenador (CAE) es posible simular, analizar y probareficientemente las estructuras sometidas a cargas estáticas o dinámicas y agradientes de temperatura.


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Selección de procesos de fabricación.

La producción de piezas exige una extensa variedad de procesos de manufactura encontinua expansión, y por lo general hay más de un método de fabricación para cadapieza a partir de un material dado.

Los métodos de fabricación pueden dividirse en:

Fundición: de molde desechable y molde permanente. Conformado: Laminado, forjado, extrusión, trefilado, conformado de lámina,

metalurgia de polvos, etc. Mecanizado: torneado, mandrinado, taladrado, fresado, cepillado, escariado,

rectificado, mecanizado ultrasónico, químico, eléctrico y electroquímico, por rayoláser, chorro de agua, etc.

Unión: soldadura blanda, fuerte, unión por difusión, unión por adhesivos, uniónmecánica, etc.

Acabado: Lapeado, pulido, recubrimientos, etc. Nanofabricación: Es la tecnología más avanzada, normalmente comprende

procesos como técnicas de ataque, haces de electrones y rayo láser.


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Manufactura de una prótesis de cadera.

Cada año se realizan millones de operaciones de reemplazo de cadera. Una prótesisde cadera consta de varios componentes, incluyendo un vástago, una bola, unacuenca y un recubrimiento. Nos vamos a centrar en el vástago metálico.

La carga normal de la prótesis en cada paso es de 3 o 4 veces el peso del cuerpo, y

cada año se dan aproximadamente 2 millones de pasos, por lo que el implante sesomete a una carga de fatiga. Cuando se tropieza, la carga puede ser de 10 a 15veces el peso del cuerpo. Una vez implantada, la prótesis se rodea de tejido y fluidosque pueden corroerla.

Muchas prótesis de cadera se construyen con aleaciones de titanio o de cobalto –cromo, aunque también se usa el tántalo y los aceros inoxidables.

Hay cuatro métodos fundamentales para producir prótesis de cadera:

Prótesis laminada y mecanizada: Se usa titanio en forma de barra laminada. Unapreforma se produce mediante el corte con chorro de agua. La forma general de laprótesis se produce en una fresadora CNC. El vástago se termina mecanizándolo ypuliéndolo para mejorar la resistencia a la fatiga y a la corrosión. Se hacenoperaciones de limpieza, esterilización, etc.

Prótesis forjadas y mecanizadas: Se produce una preforma de una aleación cobalto –cromo, después se mecaniza con una fresadora CNC.

Prótesis fundidas: Se produce por el método de la cera perdida, y se mecaniza paradarle las tolerancias necesarias.

Prótesis obtenidas por metalurgia de polvos: Una mezcla viscosa de polvo metálico yaglutinantes se inyecta en una cavidad.


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Manufactura de un salero y molino de pimienta.

Un producto usado comúnmente en el hogar es el juego de salero y molino parapimienta. El de la figura contiene componentes metálicos y no metálicos, estos últimosse producen mediante el moldeo por inyección de un termoplástico, que tienetransparencia y que es fácil de moldear.La tapa del salero se fabrica con una lámina metálica y se recubre para resaltar su

apariencia.La perilla en la tapa del molino se fabrica por mecanizado y se rosca en el interior parapermitir atornillarla y desatornillarla.La varilla cuadrada que une la tapa del molino a las dos piezas de la parte inferior dela figura, se produce por laminado.Los dos componentes de molienda están hechos de acero inoxidable por medio demetalurgia de polvos, porque fundirlos o mecanizarlos habría sido muy costoso.

Diseño, manufactura y medio ambiente.

Solo en USA, cada año se desechan 9 millones de coches y aproximadamente 300millones de neumáticos, de los que 100 millones se reutilizan de diversas maneras.Cada año se desechan más de 5000 millones de kgs de productos plásticos. Cada 3meses las industrias y los consumidores desechan aluminio suficiente para reconstruirtodos los aviones del país.Además, se usan lubricantes y refrigerantes, se genera, cantidades ingentes de

chatarra metálica y no metálica, etc.


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Los efectos adversos de estas actividades, el daño que provocan a nuestro medioambiente y su efecto sobre la calidad de vida humana, son bien reconocidos. Lasmayores preocupaciones son la contaminación del agua y del aire, la lluvia ácida, lareducción de la capa de ozono, el efecto invernadero, los residuos peligrosos y elcalentamiento global. En respuesta a estos problemas en todos los países se hanpromulgado leyes y reglamentos.

Se puede mejorar mucho mediante un análisis detallado de los productos, su diseño,los tipos de materiales que se usan en su fabricación, los procesos de sumanufactura, así como los desperdicios producidos.

Para dicho análisis se pueden seguir las siguientes líneas:

Reducir el desperdicio de materiales mediante la mejora del diseño del productoy la reducción de materiales usados.

Realizar investigación y desarrollo en productos ambientalmente seguros.

Asegurar el adecuado manejo y almacenamiento de todo desecho.

Realizar mejoras en el reciclado, tratamiento de residuos y reutilización demateriales.

En la industria de la automoción se recicla más del 75% de sus componentes, en sumayoría metales.

Producir aluminio a partir de chatarra, en lugar del mineral de bauxita, cuesta sólo latercera parte y reduce el consumo de energía y contaminación en más del 90%.

Los cartuchos de las fotocopiadoras e impresoras son retornables al fabricante, quienlos carga y repara, y los vende nuevamente. Esto significa que los cartuchos debendiseñarse para facilitar el desensamblaje, usando ajustes a presión en lugar detornillos, que requieren mayor tiempo para ser retirados.

Las normas ISO 14000 se refieren a lo que una empresa puede hacer para minimizarlos daños ambientales provocados por sus actividades.

Competitividad global y costes de manufactura.

A partir de los años 60 se desarrollaron las siguientes tendencias:

La competencia global aumentó rápidamente y los mercados se volvieronmultinacionales.

Los clientes demandaron productos de alta calidad, bajo coste y entrega rápida. La variedad de los productos se incrementó sustancialmente, por lo que se

volvieron más complejos y con ciclos de vida más cortos.


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A finales de los 90, se observó como tendencia la disparidad de los costes de manode obra para la manufactura entre diferentes países.

Observando la tabla, no sorprende que muchos de los productos que compramossean fabricados o ensamblados en China o India, donde los costes de la mano deobra son, hasta ahora, los más bajos, pero que pueden aumentar conforme se elevenlos estándares de vida en esos países.

Actualmente, implantar el desarrollo de software y la tecnología informática es muchomás económico en la India que en los países occidentales.

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