MANUFACTURA AVANZADA

CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES

Un material es la sustancia solida de la cual están hechas las cosas.¿Cuáles son los

materiales de los que se dispone?

Existen mas de 160000 materiales

CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES

METALES

CERÁMICOS

POLÍMEROS

COMPUESTOS

CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES

CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES

ATRIBUTOS TÉCNICOS

Atributos físicos y mecánicos

Densidad

Resistencia mecánica

ATRIBUTOS TÉCNICOS

Atributos térmicos

ATRIBUTOS TÉCNICOS

Atributos eléctricos, magnéticos y ópticos

ATRIBUTOS TÉCNICOS

Atributos Químicos

ATRIBUTOS TÉCNICOS

Atributos Ecológicos

ATRIBUTOS TÉCNICOS

Atributos de procesamiento

Atributos de procesamiento

ATRIBUTOS TÉCNICOS

Procesamiento de metales

Procesamiento de polímeros

Procesamiento de cerámicos

MANUFACTURA

Ciencia de fabricar objetos ó cosas mediante el empleo de herramientas y técnicas.• Dependiente de la naturaleza del material• En algunos casos los procesos se pueden emplear

para diferentes tipos de materiales• La manufactura moderna incluye una creciente

variedad de procesos¡El reto para el ingeniero es seleccionar la

combinación de procesos más económica para hacer un producto de alta calidad a un precio

justo!

PROCESOS DE MANUFACTURA

PROCESOS DE MANUFACTURA«Para seleccionar el conjunto de procesos mas adecuados, el ingeniero necesita tener amplios

conocimientos de las formas en que los materiales pueden procesarse, así como los

objetos que pueden obtenerse mediante estos procesos»

Podadora de Setos

PROCESOS DE MANUFACTURA

PROCESOS DE MANUFACTURA

CONCEPTOS DE MANUFACTURA

TIPOS DE PRODUCCIÓN

• Producción por trabajo: Un producto lo fabrica un operador (o grupo de operadores) que trabajan y terminan un objeto antes de proseguir al siguiente trabajo, que puede ser diferente o del mismo tipo.

• Producción por lote: En cada uno de varios objetos idénticos se termina una operación a la vez antes de iniciar la siguiente.

• Producción en cadena: Cada uno de varios objetos idénticos se pasa a otro operario para la segunda operación en cuanto el primero termine la primera, y así sucesivamente por varios operadores hasta terminar el objeto; el primer objeto queda terminado mientras los que le siguen están aún en proceso.

TIPOS DE PRODUCCIÓN

• Producción continua: El concepto de producción en cadena se puede ampliar para dar producción continua, con la línea funcionando 24 horas al día, 7 días a la semana. En algunos casos se emplea la automatización para sustituir operadores, en este caso la inversión de capital en planta es muy alta. Los trabajo de mantenimiento deben realizarse con el menos de interrupciones posibles o en «vivo».

• Producción en serie: Se refiere solo a la escala de producción, es posible entonces hacer grandes inversiones en montajes y aparatos, así como la especialización de máquinas herramienta, o en algunos casos pueden llegar a justificar la completa automatización de los procesos.

ECONOMÍA DE MANUFACTURALa manufactura debe llevarse a cabo al costo más bajo acorde con la calidad y funcionalidad del producto. El costo de cualquier artículo manufacturado está integrado por tres factores:

1. Control de material: Materias primas. Componentes comprados. Empaque

2. Costo de mano de obra directa: Costo real de acuerdo al tiempo, vacaciones, seguridad y otras prestaciones sociales. Adicionalmente gastos que tiene la compañía como el costo de las instalaciones, supervisores y gerentes.

3. Gasto generales: En una compañía pequeña puede pasar que los gastos generales se carguen en una base general, pero en una compañía mas grande es necesario determinar con mayor precisión la distribución de costos, y los gastos generales se dividirán entre los específicos a cada departamento, y los que son de toda la compañía.

SEGURIDAD EN MANUFACTURALa seguridad en un «taller» se puede dividir en tres categorías:

1. Instalación de protecciones en maquinas peligrosas: Parte móviles. Cuando sea necesario que un trabajador llegue a una zona de riesgo, se debe cerciorar que la máquina no pueda funcionar

2. Instalación de equipo de seguridad: Calzado de seguridad, gafas de seguridad para todas las operaciones de maquinado, cascos en el caso de presentar riesgo de caída de objetos. Tapones u orejeras. Método para levantar pesos altos (Máx. 20 kg sin maquinaría). Hacer visible riesgos que no se puedan eliminar, por ejemplo con pintura.

3. Recomendación de prácticas de trabajo seguras: Adecuada capacitación para las tareas que se realicen, conocer los lugares de peligro inherente (que no pueden ser eliminados). Llevar ropa y cabello de manera adecuada.

• LA EMPRESA MANUFACTURERA

• Desarrollo de aplicaciones

Diseño de conceptual

Diseño del producto

Hacer o comprar

Diseño del proceso

Producción

Cliente

PROCESOS PRIMARIOS DE FORMACIÓN

PROCESOS ELEMENTALES DE

FORMACIÓNTransformación de la materia prima básica en una forma apropiada para su posterior uso.

El material puede procesarse ya sea en forma líquida o plástica, y es útil considerar esto como una clasificación de

los procesos

PROCESOS ELEMENTALES DE

FORMACIÓN

• En estado puro carecen de algunas características que se necesitan en el producto final

• Permiten formar aleaciones• La dureza y resistencia se puede modificar por medio de

tratamientos térmicos• Poseen temperatura de fusión• Generalmente poseen alta conductividad térmica y

eléctrica

Metales

Los materiales empleados en manufactura pueden ser metálicos o no metálicos. A continuación algunas de las

características mas relevantes:

PROCESOS ELEMENTALES DE

FORMACIÓN• Un plástico puede ser un material

orgánico sintético que es sólido en su forma final, pero que es fluido en alguna etapa del proceso y se le da forma mediante calor y presión.

• En general los plásticos se clasifican en termoplásticos y termoestables, pero la familia completa de polímeros abarca también los conocidos elastómeros.

Materiales sintéticos

PROCESOS ELEMENTALES DE

FORMACIÓN• La madera y papeles procesados con base de fibra

natural• Materias primas empleadas en la industria de los

materiales cerámicos• Materiales textiles

Materiales naturales no metálicos

PROCESOS ELEMENTALES DE

FORMACIÓNEs el proceso de vaciar un material en forma líquido en un molde y luego dejar que se solidifique para obtener el objeto deseado. Este proceso puede llevarse a cabo mediante:

• Procesos de calentamiento-enfriamiento• Procesos de disolución-precipitación• Procesos de reacciones químicas

El proceso depende de las características del material que se trabaje.

1. Fundición

FUNDICIÓN

La técnica consiste en hacer de algún modo un hueco en la arena, este hueco finalmente tomará la forma del producto.

Existen dos métodos para producir piezas fundidas en arena, clasificadas según el tipo de modelo que se utilice:

• Modelo o patrón desmontable• Modelo desechable

1.1 Fundición en arena

FUNDICIÓN

1.1 Fundición en arena

FUNDICIÓN

1.1 Fundición en arena

Se tienen dos sistemas que deben ser controlados: Las condiciones del material y del molde

FUNDICIÓN

1.2 Fundición a presiónPara obtener un mejor acabado en piezas fundidas se pueden utilizar moldes de metal con el metal fundido alimentado a presión.

• Se limita a materiales con bajo punto de fusión, porque de otra manera puede haber fusión entre el metal que se vacía y el molde.

• No se utiliza modelo ya que la parte interna de los dados se maquinan al perfil deseado.

• Como el metal se mantiene a presión mientras se enfría, la pieza final se ajusta mucho a las dimensiones del molde y al acabado superficial deseado.

FUNDICIÓN

1.2 Fundición a presión

Cámara caliente Cámara fría

PROCESOS ELEMENTALES DE

FORMACIÓNMientras que en un colado el material está líquido, se adiciona en el molde y luego se deja solidificar, en el moldeo el material se trabaja en estado plástico. Este estado plástico se puede alcanzar mediante calor, presión, aplicación de productos químicos, o una combinación de éstos.

• Moldeo por compresión• Moldeo por inyección

2. Moldeo

Moldeo

Se necesita un conjunto acoplado de dados hembra y macho. Es necesario colocar la cantidad exacta del material directamente en el molde.

• Debido a la dificultad para medir una carga absolutamente precisa, se han diseñado diversas herramientas con espacios libres, las cuales permiten que una pequeña cantidad del exceso del material escape como rebaba, esta rebaba debe eliminarse mediante una segunda operación.

2.1 Moldeo por compresión

Moldeo

2.1 Moldeo por compresión

Moldeo

2.2 Moldeo por inyecciónEsta es una de las técnicas mas empleadas para la producción de piezas de plástico. Es un proceso muy adaptable y capaz de producir piezas con una adecuada precisión dimensional. Sin embargo los moldes son costosos, esto limita el proceso a volúmenes altos de producción.

• En el proceso se emplean altas presiones para inyectar una cantidad predeterminada de material calentado y plastificado en un molde relativamente frío, donde el material se deja solidificar antes de abril el molde y expulsar la pieza.

Moldeo

2.2 Moldeo por inyección

PROCESOS ELEMENTALES DE

FORMACIÓNEl proceso de deformación plástica equivalente para metales es el de forja, que se puede realizar en frío en piezas pequeñas, pero que exige aplicación de calor para deformaciones grandes.

• El material metálico tiene un comportamiento plástico por encima del punto de fluencia

• Se debe conocer la curva esfuerzo-deformación del material metálico

• El proceso se puede llevar a cabo en caliente o en frío.

3. Forja

PROCESOS ELEMENTALES DE

FORMACIÓN3. Forja

PROCESOS ELEMENTALES DE

FORMACIÓN3. Forja

PROCESOS ELEMENTALES DE

FORMACIÓN3. Forja

Acuñado Punzonado

CASO DE ESTUDIO

Caso de estudio

• Enumere los factores que intervienen en el diseño de un producto• Enumere los factores que intervienen en la elección de un material• Dar cinco nombres de posibles materiales • Cuales serian las variables de procesamiento• Explicar el limite de elasticidad• Posible técnica de procesamiento

TRABAJO_PRIMERA ENTREGA

(Incluir bibliografía_ entrega 14 de octubre)

1. Escoger un producto o articulo2. Posibles materiales de fabricación del producto o

articulo escogido y justificarlos desde su aplicación o condiciones de trabajo

3. Establecer el posible proceso de transformación (Inyección, extrusión, prensado, troquelado, rotomoldeo, soplado, termoformado, etc) Justificarlo desde el material escogido, identificar variables de proceso.

4. Establecer la secuencia de fabricación (completamente manual, sin automatización), utilizar diagramas de flujo de producción como los sugeridos en el ejemplo (utilizando el programa Visio)

5. Realizar la geometría del producto o articulo escogido en herramienta CAD.

Bibliografía

Ashby Mike, Shercliff Hugh & Cebon David. Materials engineering, science, processing and design. Butherworth Heinemann. 2007 ó 2010

“Principios de ingeniería de Manufactura” autores: Chiles, Black, Lissaman, Martin

Proceso de transformaciónExtrusión

• Tipos de extrusión• Directa

Proceso de transformaciónExtrusión

Indirecta

Proceso de transformaciónExtrusión

• PLASTICOS

Procesos de extrusión

Clasificación

Diagrama de operación de una extrusora

EXTRUSORA DOBLEHUSILLO

Proceso de transformaciónTermoformado

• PLASTICOS

Proceso de transformaciónTermoformado

• PLASTICOSFórmula: 2.1 x E (mm) = T (minutos)

En donde: 2.1 = Factor, E = Espesor del material en milímetros, T = Tiempo en minutos.

Esta fórmula es aplicable a láminas de espesor delgado (1 a 6 mm). Espesores mayores es necesario cambiar el factor, quedando así:

Fórmula: 3 X E (mm) = T (minutos)

Condiciones de Formado

Los procesos de manufactura en la ingeniería

Determinación de espesores

Fórmula: 2.1 x E (mm) = T (minutos)

En donde: 2.1 = Factor, E = Espesor del material en milímetros, T = Tiempo en minutos.

Esta fórmula es aplicable a láminas de espesor delgado (1 a 6 mm). Espesores mayores es necesario cambiar el factor, quedando así:

Fórmula: 3 X E (mm) = T (minutos)

Los procesos de manufactura en la ingeniería

Adelgazamiento en el espesor del material

Proceso de transformaciónSoplado

Proceso de transformaciónSoplado

Proceso conformado de lámina

Formado por estirado Embutido profundo

Procesado cerámicos

Proceso de transformaciónRotomoldeo

Proceso de transformaciónTermoelastomeros

Proceso de transformaciónTermoelastomeros

DEFINICIÓN DE LOS MATERIALES COMPUESTOS

MATRIZ METÁLICA + REFUERZO CERÁMICO

MATRIZ POLIMÉRICA + REFUERZO CERÁMICO

MATRIZ POLIMÉRICA + REFUERZO METÁLICO

CERÁMICOS

EMETALS PLÁSTICOS

METAL+ METALPLÁSTICO+ PLÁSTICO

CERÁMICO+ CERÁMICO

Un material compuesto, o brevemente dicho “composite”, en el informal lenguaje de laboratorio no es sino una asociación, intencionada y artificial, de dos materiales dispares , en el que uno toma el papel de reforzante y otro el de matriz aglutinadora, de modo que sus virtudes se suman y sus inconvenientes se compensan.

3. COMPONENTES DE LOS MATERIALES COMPUESTOS

REFOR-ZANTE

M

A

T R

I

Z

F

A

S

EI N

T

E

R

4. ORIGEN DE LOS COMPOSITESPROPIEDADES DE LOS REFUERZOS

PROPIEDADES DE LOS REFUERZOS

b) SEGÚN EL MATERIAL DE REFUERZO

Composite con fibras largas

Composite con fibras cortas

Láminas unidireccional Tejido biaxial Tejido triaxial

Composite Particulado

FABRICACIÓN DE FIBRA DE VIDRIO POR FUSIÓN DIRECTA

Tipos de Tejidos