Manufacura

CAPÍTULO 1

INTRODUCCIÓN A LA MANUFACTURA

Fuente: www.economia.gob.mx

1.1 INTRODUCIÓN A LOS PROCESOS DE MANUFACTURA

Aprendizajes esperados:

 Reconoce que mediante un proceso de transformación se obtienen bienes de consumo y bienes de capital.

 Representa las variables que intervienen en un proceso de transformación.

 Identifica los diferentes procesos de manufactura.

 Analiza los criterios para la selección de un proceso de manufactura.

Contenido:

 Concepto de manufactura

 Materiales de ingeniería y su selección

 Procesos principales

 Procesos secundarios

1.1.1 CONCEPTO DE MANUFACTURA

La definición de la manufactura como la fabricación de productos revela poco acerca de su complejidad, una definición más específica la da CAM-I Computer Aided Manufacturing International. Dice que es una “Serie de actividades y operaciones interrelacionadas que involucran diseño, selección de materiales, planeación, producción, calidad, administración y mercadeo de los diferentes bienes”. Anteriormente el artesano proporcionaba todos los insumos necesarios, tanto mentales como físicos. Actualmente con el uso de la computadora las actividades de manufactura se han simplificado, la interacción entre departamentos ya es más dinámica y en tiempo real, se ha convertido en todo un sistema.

Los vocablos manufactura y producción se usan de manera indistinta, lo que se tiene claro es que la materia prima se transforma a través de un proceso y se convierte en un producto útil. Durante esta transformación a la materia prima se le agrega valor que se ve reflejado en el precio de venta. La manufactura es una actividad compleja que comprende una amplia variedad de recursos y actividades, tales como: Diseño del producto, Planeación y ejecución del proceso, Mercado, ventas y embarque, y Servicio al cliente.

Las materias primas que se van a transformar son los materiales de ingeniería, a través del proceso principal con su respectiva tecnología y la mano de obra que interviene se le agrega valor a dichos materiales. Por ejemplo, cuando se manufactura un gancho de ropa metálico, la materia prima que se requiere es alambre de acero, cuyo proceso principal es el doblado para posteriormente ser tratado térmicamente y pintado. La empresa compra alambre y le agrega valor en la medida que se corta, dobla y pinta, con la intervención del que maneja la tecnología, el recurso económico para el pago de salarios y la compra de materia prima e insumos necesarios para producirlo. Productos con alto valor agregado son procesos más sofisticados por ejemplo, producir automóvil, cigüeñales, frenos, tableros, chasis, etc. En la siguiente figura se muestran las variables que intervienen en los procesos de manufactura.

Figura 1.1 Clasificación de los procesos de fundición

La manufactura puede fabricar productos discretos, es decir, partes individuales o productos continuos. Los productos continuos solo se van a observar en la empresa, cuando se produce alambre, tubos, placas y que al cortarse en tramos estandarizados se convierten en productos discretos. Se puede decir que los bienes discretos son los llamados comúnmente bienes de consumo, son todos los productos que compramos para satisfacer nuestras necesidades. Los bienes de capital son producidos con tecnología más avanzada, por ejemplo, prensas, moldes, herramentales, dados, centros de maquinado, este tipo de bienes son las preformas que imprimen forma a los bienes de consumo, es decir es la tecnología que sirve para producir bienes de consumo. Ambos bienes se fabrican mediante un proceso en el que intervienen el recurso económico, el recurso tecnológico, el recurso humano (capital intelectual) y el tiempo.

Cabe resaltar que para fabricar bienes de capital la tecnología es más avanzada, CAE/CAD/CAM, simuladores con prototipos rápidos. Sin la ayuda de esta tecnología fabricar un molde metálico les llevaba varios meses, actualmente se requiere de días gracias a la ingeniería inversa, la simultaneidad, la estandarización y la integración entre los múltiples factores que intervienen.

1.1.2 MATERIALES DE INGENIERÍA Y SU SELECCIÓN

Actualmente existe una gran variedad de materiales desde los más convencionales como madera y metales hasta los que están surgiendo, los nanomateriales. Todos con una infinita posibilidad de aplicaciones, pero debemos reconocer que están limitados, por sus diferentes aplicaciones, propiedades, ventajas y desventajas. También hay que considerar que estén disponibles en el mercado y a bajo costo, los proveedores se encargan de dar a conocer a través de tablas sus aplicaciones, propiedades, dimensiones y diferentes formas disponibles en el mercado. En la siguiente figura se muestra la clasificación de los materiales.

Figura 1.2 Materiales de ingeniería

Fuente: ccmc2010.wikispaces.com

Los materiales se van a convertir en productos útiles, al agregarles valor mediante los procesos de manufactura, La tecnología, mano de obra e insumos hacen posible la transformación de las materias primas en productos útiles. Es necesario el conocimiento básico acerca de los materiales más usados en la ingeniería, sus propiedades mecánicas, física y químicas. Además de sus cualidades como peso, color, textura, sonido, resistencia al corte o por chispa., aspectos importantes para la toma de decisiones del ingeniero involucrado en los procesos.

Una clasifican común de los materiales de ingeniería es la siguiente:

1. Metales ferrosos.- Aceros al carbono, aleados, inoxidables y todos los hierros grises.

2. Metales no ferrosos.- Aluminio, magnesio, cobre, níquel, titanio, berilio, zirconio y metales preciosos.

3. Plásticos (polímeros).- Termoplásticos, termofijos y elast ómeros.

4. Cerámicos.- Vidrio, grafito, diamante y cerámicos vidriados

5. Materiales compuestos.- Plásticos reforzados, compuestos de matriz metálica y de matriz cerámica.

6. Nanomateriales.- Son granos fibras películas y compuestos que tienen partículas cuyo tamaño va de 1 a 100 nm, puede estar compuesto por carburos, óxidos, nitruros, metales y aleaciones, polímeros orgánicos y varios compuestos.

Antes de seleccionar un material los criterios que se deben considerar son los siguientes:

• Propiedades mecánicas y físicas, resistencia, tenacidad, ductilidad, dureza, elasticidad, fatiga y fluencia. En aplicaciones aeroespaciales y automotrices, la relacione entre rigidez y peso son importantes.

• La función que va a desempeñar es la condición específica en la que el producto va a funcionar. Si va a trabajar con temperatura, presión, fatiga, corrosión o impacto.

• El proceso de manufactura, la forma de un producto terminado se puede obtener a través de más de un proceso de transformación. Por ejemplo, una biela se puede obtener por fundición, forja y maquinado. La pregunta es ¿Cuál será el proceso de manufactura ideal para darle forma al material? La respuesta está en la relación estructura-propiedades-procesos. El proceso que proporciona estructuras más fuertes es la foja, debido a la deformación permanente por golpes de compresión, en cambio la fundición y el maquinado a nivel microestructural sus estructuras son menos resistentes. Recodemos que la biela está sometida a cargas repetidas en ambiente crítico.

Cuando se desea producir una pieza o componente el ingeniero busca que esta pieza tenga un buen desempeño en su funcionamiento, que no falle inesperadamente. Por ello, la importancia de considerar la relación estructura-propiedades-proceso o relación ternaria. Al dar forma al material, automáticamente se está modificando su estructura y sus propiedades, se corre el riesgo de fragilizar la pieza generando un potencial de falla. Se generaría un gran problema para la empresa, paro de máquina, retrasos y posiblemente rechazos o retrabajos.

Comprender la relación estructura-propiedades-proceso ayuda a tomar decisiones que garanticen el buen desempeño de una pieza. Esta relación es indivisible ya que si se modifica alguna automáticamente las otras se van a modificar. En la siguiente figura se presenta esta relación.

Figura 1.3 Relación Estructura - Propiedades - Proceso

Fuente: Donald R. Askeland

El procesamiento es lo que se analiza en el presente libro, las propiedades y la estructura se analizaron detenidamente en el curso de materiales. Pero no se puede hablar de proceso sin recordar lo que se entiende por estructura, particularmente la del acero. Si bien es cierto que están surgiendo nuevos materiales, el acero es y seguirá siendo un material, económico, puede soportar grandes esfuerzos y además muy versátil para su procesamiento. Puede ganar mayores características a través de los tratamientos térmicos y de los recubrimientos superficiales.

Las propiedades mecánicas más comunes son la ductilidad, rigidez, resistencia al impacto, resistencia a la fatiga al desgaste y a la termofluencia. Además de conocer estas propiedades también es importante conocer si el material tiene facilidad de conformado, es decir, si el material va a soportar el esfuerzo

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