Resumen Tecnología de Fabricación

TEMA 1: INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA DE FABRICACIÓN:

1. Introducción:

Ingeniería:

1. Estudio y aplicación, por especialistas, de las diversas ramas de la tecnología.

Tecnología:

1. Conjunto de teorías y de técnicas que permiten el aprovechamiento práctico del conocimiento científico. 2. Conjunto de los instrumentos y procedimientos industriales de un determinado sector o producto.

Ciencia:

1. Conjunto de conocimientos obtenidos mediante la observación y el razonamiento, sistemáticamente estructurados y de los que se deducen principios y leyes generales.

Fabricación:

1. Acción y efecto de fabricar. 2. Aplicación de procesos físicos y químicos para modificar la geometría, propiedades y apariencia de un material de partida para generar piezas o productos. 3. Transformación de materiales en productos de mayor valor.

Fabricar:

1. Producir objetos en serie, generalmente por medios mecánicos. 2. Construir un edificio, un dique, un muro o cosa análoga.

Manufactura:

1. Obra hecha a mano o con auxilio de máquina. 2. Lugar donde se fabrica.

Producir:

1. Fabricar, elaborar cosas útiles. 2. Crear cosas o servicios con valor económico.

Ingeniería de Fabricación: Es la ciencia que estudia los procesos fabricación de componentes, con la adecuada precisión dimensional, así como de la maquinaria, herramientas y equipos necesarios para llevar a cabo la realización física de los procesos, su automatización, planificación y verificación.

1. Clasificación de los Procesos de Fabricación:

Las empresas desarrollan productos que satisfacen las necesidades de los consumidores, utilizando recursos de materiales, equipos, energía o capital. En la producción de los productos podemos distinguir las siguientes operaciones de fabricación:

• Operaciones de transformación.
• Operaciones de control de calidad.
• Operaciones de transporte y manipulación.
• Operaciones de almacenamiento.

Proceso de Fabricación: Conjunto de operaciones que permiten obtener productos según especificaciones de diseño a partir de materias primas, con el apoyo de recursos de producción (materiales, equipos, energía, información, personal, etc.), realizado en un sistema de fabricación, mediante el empleo de una máquina o instalación con un método óptimo, de acuerdo con ciertas reglas conocidas y sometido a parámetros no controlados.

El siguiente esquema muestra los pasos que sigue un proceso de fabricación de un producto, desde su concepción hasta su puesta en servicio:

[pic 1]

Los procesos de fabricación pueden dividirse en dos tipos básicos:

1.2.1: Operaciones de proceso: El material de trabajo se transforma de una etapa a otra más avanzada, hasta llegar al estado final deseado para el producto.

1.2.2. Operaciones de unión: Permiten ensamblar dos o más componentes para crear una nueva entidad.

La siguiente figura muestra la clasificación de los diferentes procesos que pueden ser aplicados a un determinado material: [pic 2]

1. Operaciones de Proceso:

Una operación de proceso utiliza energía para modificar la forma, las propiedades o el aspecto del material de trabajo, con el fin de agregar valor al mismo. La energía puede ser de tipo mecánica, térmica, eléctrica o química, esta se aplica mediante las máquinas-herramientas. La intervención humana suele controlar las máquinas y operaciones de manipulación del material entre etapas de procesado. La mayoría de las operaciones de fabricación generan material de desecho, bien como consecuencia natural del proceso, o en forma de piezas defectuosas. Este aspecto debe ser controlado para reducirlo o eliminarlo.

Normalmente, se requiere más de una operación de proceso para llegar al estado final, realizándose cada operación en una secuencia tal que permita obtener la forma y propiedades finales definidas en las especificaciones de diseño.

Podemos distinguir tres categorías de operaciones de proceso:

1. Operaciones de conformado:

Con estas operaciones se modifica la geometría del material inicial de trabajo mediante distintos procedimientos, la mayoría aplican calor, fuerza mecánica o combinación de ambas.

Se puede clasificar según el estado del material al inicio del proceso/procesado:

a) Fundición, moldeado: El material inicial se calienta lo suficiente para llevarlo a un estado líquido o a un estado altamente plástico (semifluido). Este material se vierte en una cavidad donde se solidifica, adoptando la forma de la misma. Se puede usar este método con casi todos los materiales: metales, vidrios, cerámicos y plásticos.

b) Procesado de partículas: Se parte de un polvo fino metálico o cerámico, el polvo es prensado en una matriz a alta presión, adoptando la forma de la misma. Pero esta pieza carece de las características necesarias para su utilización, por lo que es necesario calentarla a una temperatura por debajo de su punto de fusión para que las partículas individuales se cohesionen adecuadamente.

c) Procesos de deformación: Un material dúctil (moldeable) se deforma por aplicar fuerzas que superan el límite de la deformación plástica del material. La ductilidad del material evita la rotura del material durante el proceso. Con objeto de aumentar la ductilidad se suele calentar dicho material de partida. Este tipo de procesos suele aplicarse a metales, incluyéndose los procesos sobre chapa metálica.

d) Procesos de eliminación de material: Con este proceso se consigue quitar el exceso de material a la pieza de partida para obtener la geometría final. Los procesos tradicionales son el torneado, fresado, etc., aplicados sobre metales sólidos, utilizando herramientas de corte de materiales más duros que la pieza de trabajo. También existen procesos que emplean descargas eléctricas, erosión química, rayos láser o haces de electrones.

1.2.1.2 Operaciones de mejora de propiedades:

Agregan valor al material ya que con las operaciones se produce una mejora en sus propiedades físicas o mecánicas, sin alterar su forma inicial. Las operaciones más importantes son los tratamientos térmicos, tales como: el temple, el recocido, el normalizado. Para una composición, las propiedades pueden tener un amplio intervalo, dependiendo del proceso de fabricación aplicado. De esta forma, muchos materiales se pueden tratar para asegurar, por ejemplo, una resistencia específica elevada, como es el caso de las aleaciones de aluminio en aeronaves.

1. Operaciones de procesado de superficies:

Estas operaciones limpian, tratan, revisten o depositan materiales en la superficie exterior de la superficie de trabajo. Son aplicadas sobre todo a materiales metálicos y tienen como objetivo la protección contra la corrosión, el aumento de la resistencia al desgaste, la preparación para operaciones posteriores o la apariencia de la pieza. La limpieza se produce por medios mecánicos y químicos para eliminar la suciedad, grasa o contaminantes. Los tratamientos de superficies pueden ser mecánicos, como el chorro de arena, o físicos, como la implantación iónica. Los procesos comunes de recubrimiento incluyen el anodizado del aluminio (recubierta protectora metálica), recubrimientos orgánicos (pinturas) o procesos de deposición por película delgada.

1. Operaciones de Unión:

Con estas operaciones, dos o más partes separadas se unen para formar una nueva pieza, quedando dichas partes unidas de forma permanente o semipermanente. Los procesos de unión incluyen la soldadura, el pegado por adhesivos y la unión por fijaciones mecánicas.

1.2.2.1 Soldadura:

La soldadura es la unión de dos o más piezas en las que se funden las superficies que están en contacto, se puede realizar entre materiales iguales o entre materiales diferentes. Muchos procesos de soldadura se obtienen sólo por calor, otros mediante combinación de calor/presión y algunos por presión, sin aplicar calor externo. Existen tres grupos principales de procesos: 

1. Soldadura por fusión: Se usa calor para fundir el metal base (piezas a unir). En muchas ocasiones se incorpora un metal de aportación para facilitar el proceso, añadir material y aportar resistencia al conjunto. Cuando no se añade metal de aportación la soldadura se denomina autógena. Los procesos de fusión son los más utilizados, incluyen:

• Soldadura por arco eléctrico: el cual produce el calentamiento de las partes. En ocasiones se aplica presión y generalmente se utiliza metal de aportación.
• Soldadura por resistencia: donde la fusión se obtiene con el calor generado por la resistencia eléctrica al paso de un flujo eléctrico entre las partes en contacto.
•  Soldadura con gas: mediante una mezcla de gases combustible y comburente que producen una llama para fundir los componentes.
• Otros procesos: que utilizan otras fuentes de energía tales como la soldadura por rayo láser o la soldadura con haz de electrones.

1. Soldadura en estado sólido: La fusión se produce al aplicar presión solamente, o una combinación de calor y presión. Si se utiliza calor, la temperatura está por debajo del punto de fusión de los metales que van a ser soldados. Algunos procesos son:

• Soldadura por difusión: Se colocan dos superficies bajo presión a una temperatura elevada y se produce la coalescencia de las partes.
• Soldadura por fricción: La unión se obtiene mediante el calor de la fricción entre las dos superficies.
• Soldadura ultrasónica: Se aplica presión entre las dos partes, en una dirección paralela a las superficies de contacto. La combinación de fuerzas normales y vibratorias produce tensiones que eliminan las capas superficiales y obtienen la unión atómica de las superficies.

1. Soldadura fuerte-blanda: Combinación entre las anteriores, ya que se emplea material de aportación, pero no se produce la fusión del metal base. Se utiliza en los casos en los que el metal base tiene poca soldabilidad, cuando se unen metales distintos o no se necesita mucha resistencia en la unión. El proceso se desarrolla fundiendo el metal de aportación, distribuyéndose éste mediante capilaridad entre las superficies de las partes metálicas que van a unirse, sin que se produzca la fusión del metal base. La principal diferencia entre la soldadura fuerte y blanda es la temperatura de fusión del metal de aportación, siendo menor de 450 °C para la soldadura blanda y mayor de 450 °C para la fuerte, pero siempre inferior al punto de fusión del metal base.

1.2.2.2 Pegado con uniones adhesivas:

Este proceso tiene un amplio campo de aplicaciones de unión y sellado para integrar materiales como metales, plásticos, cerámica, madera, papel o cartón. En la unión con adhesivos se usa un material rellenador que permite mantener juntas las partes mediante la fijación de las superficies. Este material rellenador es el adhesivo, generalmente un polímero que permite obtener una unión fuerte y permanente entre las partes. Para conseguirlo, los adhesivos se someten a un proceso denominado galvanizado por el cual se modifican las propiedades físicas de líquido a sólido, con una reacción química, la cual puede implicar una polimerización, condensación o vulcanización.

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