TF Teoria v2

5/24/2018 TF Teoria v2

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UNIVERSIDAD DE ALMERA

REA DE INGENIERA MECNICA

TECNOLOGA DE LA FABRICACIN

Grado en Ingeniera Electrnica Industrial (Plan 2010)Grado en Ingeniera Mecnica (Plan 2010)Grado en Ingeniera Qumica Industrial (Plan 2010)

APUNTES DE TEORA

Autor y edicin:Alejandro Lpez MartnezAlmera, mayo 2013


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APUNTES DE TEORA DE TECNOLOGA DE LA FABRICACIN NDICE

A.L.M. 2

NDICE

TEMA 1: INTRODUCCIN A LA FABRICACIN. PROCESOS Y SISTEMAS ..................3

1.1 Historia de los Sistemas de Produccin ........................................................................................51.2 La Tecnologa M oderna (de la revolucin industrial hasta la actualidad) ..................................141.3 Los Procesos de Fabricacin, una parte del concepto de produccin.........................................22

TEMA 2: SISTEMAS Y PROCESOS DE FABRICACIN. ORGANIZACIN DE APRODUCCIN...............................................................................................................................40

2.1 Introduccin a los Sistemas de Produccin y Fabricacin. Sistemas de Fabricacin Flexible...402.2 Gestin de Recursos Materiales. Planificacin y Control de la Produccin...............................532.3 Introduccin a la Gest in de la Informacin...............................................................................62

ANEXO I Clculo de Costes .........................................................................................................66

TEMA 3: PROCESOS DE MOLDEO ..........................................................................................70

3.1 Int roduccin. Clasificacin(METAL)................................................................................................703.2 El moldeo de fundiciones (METAL). .................................................................................................803.3 El moldeo por inyeccin (METAL) ...................................................................................................983.4 El moldeo de materiales plsticos (POLMEROS)................................................................................99

TEMA 4: PROCESOS DE ARRANQUE DE VIRUTA............................................................125

4.1 Introduccin a los p rocesos de arranque de viruta. Clasificacin.............................................1254.2 Parmetros y fuerzas de corte. Tiempos y costes de mecanizado.............................................1394.3 Materiales. Desgaste y Lubricacin ..........................................................................................1484.4 Torneado ...................................................................................................................................1604.5 Fresado......................................................................................................................................1714.6 Taladrado ..................................................................................................................................1844.7 Roscado.....................................................................................................................................1884.8 Rectificado ................................................................................................................................189

TEMA 5:PROCESOS DE CONFORMADO POR DEFORMACIN PLSTICA .............197

5.1 Introduccin a la deformacin p lstica. Clasificacin ..............................................................1975.2 Laminacin................................................................................................................................2015.3 La forja ......................................................................................................................................2125.4 La extrusin...............................................................................................................................2215.5 Procesos de conformado de chapa ............................................................................................2295.6 Otros procesos de fabricacin ...................................................................................................246

6 BIBLIOGRAFA........................................................................................................................252


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APUNTES DE TEORA DE TECNOLOGA DE LA FABRICACIN TEMA 1

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1TEMA 1: INTRODUCCIN A LA

FABRICACIN. PROCESOS Y SISTEMAS

A continuacin se p resentan algunas definiciones de trminos p resentes en la asignatura deTecnologa de la Fabricacin (www.rae.es):

Ciencia: Conjunto de conocimientos obtenidos mediante la observacin y el razonamiento,sistemticamente estructurados y de los que se deducen principios y leyes generales.

Conformar: Dar forma a algo.

Innovacin: Creacin o modificacin de un producto, y su introduccin en un mercado.

Ingeniera: Estudio y aplicacin, por especialistas, de las diversas ramas de la tecnologa.Fabricacin: Accin y efecto de fabricar.

Fresadora: Mquina provista de fresas que sirve para labrar metales.

Fabricar : Producir objetos en serie, generalmente por medios mecnicos.

Manufactura: Obra hecha a mano o con auxilio de mquina. En un sentido completo, es el procesode convertir materias primas en productos.

Mecanizado: Proceso de elaboracin mecnica.

Mecanizar: Implantar el uso de las mquinas en operaciones militares, industriales, etc. Someter a

elaboracin mecnica. Dar la regularidad de una mquina a las acciones humanas.Mquina: Artificio para aprovechar, dirigir o regular la accin de una fuerza. Conjunto de aparatoscombinados para recibir cierta forma de energa y transformarla en otra ms adecuada, o para

producir un efecto determinado.

Moldear: Hacer molduras en algo. Sacar el molde de una figura. Dar forma a una materiaechndola en un molde.

Oxicorte: Tcnica de cortar metales con soplete oxiacetilnico.

Prototipo: Ejemplar original o primer molde en que se fabrica una figura u otra cosa.

Tecnologa: Conjunto de teoras y de tcnicas que permiten el aprovechamiento prctico del

conocimiento cientfico. Conjunto de los instrumentos y procedimientos industriales de undeterminado sector o producto.

Torno: 1.Mquina simple que consiste en un cilindro dispuesto para girar alrededor de su eje por laaccin de palancas, cigeas o ruedas, y que ordinariamente acta sobre la resistencia por medio deuna cuerda que se va arrollando al cilindro. 2. Armazn giratoria compuesta de varios tablerosverticales que concurren en un eje, y de un suelo y un techo circulares, la cual se ajusta al hueco deuna pared y sirve para pasar objetos de una parte a otra, sin que se vean las personas que los dan oreciben, como en las clausuras, en las casas de expsitos y en los comedores. 3.Mquina que, pormedio de una rueda, cigea, etc., hace que algo d vueltas sobre s mismo, como las que sirven

para hilar, torcer seda, devanar, hacer obras de alfarera, etc. 4. Mquina para labrar en redondo

piezas de madera, metal, hueso, etc. 5.Instrumento elctrico formado por una barra con una piezagiratoria en su extremo, usada por los dentistas para limpiar y limar la dentadura. 6.Torniquete (IIdispositivo para que las personas pasen de una en una). 7. Freno de algunos carruajes, que se


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maneja con un manubrio. 8.Vuelta alrededor, movimiento circular o rodeo. 9.Recodo que forma elcauce de un ro y en el cual adquiere por lo comn mucha fuerza la corriente. 10.Accin de pasar laadjudicacin del remate, en los arrendamientos de rentas, al postor que ofrece mayores ventajasinmediatamente despus de otro que lo tuvo primero y no dio dentro del trmino las fianzasestipuladas.

Torno paralelo: Aquel cuyo portaherramientas se mueve en sentido paralelo al eje de la pieza quese tornea, y que sirve para roscar.

Torno revlver: torno automtico o semiautomtico que dispone de un revlver para el cambio deherramientas.

Otras dos definiciones a tener en cuenta:

Tecnologa Mecnica:Ciencia cuyo objeto es el conocimiento, aplicacin y desarrollo de procesos

ptimos para la conformacin de conjuntos mecnicos, segn especificaciones de diseo, basndoseen el uso de factores productivos y teniendo en cuenta las necesidades del individuo, empresa ysociedad.

Figura 1. Tecnologa Mecnica.

Proceso de fabricacin:El objeto es obtener productos segn especificaciones de diseo (p lanos einstrucciones) a partir de preformas o materias primas, con el apoyo de recursos de produccin(materiales, equipos auxiliares, energa, informacin, personal) realizado en un sistema defabricacin, mediante el empleo de una mquina o instalacin con un mtodo ptimo, de acuerdo aciertas reglas conocidas y sometido simultneamente a p armetros no dominados.

*Lecturas recomendadas para este tema: Introduccin general de la referencia bibliogrfica [1]. Captulo 2 de lareferencia bibliogrfica [2].

Conocimiento

Aplicacin

Desarrollo

PPrroocceessooddeeFFaabbrriiccaacciinn((ppttiimmoo))

DiseosFactores

Productivos

CCoonnjjuunnttoossMMeeccnniiccooss

Necesidades


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1.1 Historia de los Sistemas de ProduccinSi observamos cualquier objeto de nuestro alrededor observamos que, tanto el objeto como sus

componentes, tienen diferentes formas que difcilmente se podran encontrar en la naturaleza. Estosobjetos se obtienen a partir de materias p rimas que son transformadas y ensambladas.

Podemos encontrar objetos formados por una sola pieza (un tornillo o un tenedor); objetosformados por varias piezas (unas tijeras, un lpiz o una silla); y son muchos los objetos que nosrodean que estn formados por multitud de piezas (una impresora, una lavadora o un coche). Todosestos productos se fabrican por medio de diversos p rocesos denominados manufactura.

Manufactura: proceso de convertir materias primas en productos. Incluye tambin lasactividades en el que un producto ya fabricado se utiliza para elaborar otros productos (Ejemplo:mquinas extrusoras, producto ya fabricado, que forman perfilera de aluminio, nuevo productofabricado).

La palabra manufacturaderiva del latn manu factus(hecho a mano) y se utiliz por primeravez en 1567. La palabra manufacturarapareci en 1683. La p alabraproductosignifica algo que se

produce y apareci, junto con el trminoproduccin, en el siglo XV. Los trminos manufacturayproduccinsuelen utilizarse de manera indistinta.

Los trminos fabricar y producirhacen referencia a la realizacin de una serie de actividadescuyo objetivo es obtener un producto o bien determinado.

Podemos denominar sistema productivo al conjunto de elementos cuya interaccin nosproporciona un determinado producto o bien. Dentro de cada sistema p roductivo tendr lugar unaserie de procesos, complejos o sencillos, que se pueden dividir en fases y operaciones.

A travs de la manufactura,procesoosistema productivose transforman las materias primas enproductos tiles. Estos productos manufacturados adquieren un valoraadido.

Dentro de la manufactura podemos diferenciar dos tipos bsicos: (i) aquellos procesosdestinados a fabricar productos discretos(partes individuales: clavos, bolas p ara rodamientos, latasde conservas, bloques de motor); (ii) productos continuos (alambre, hojas de metal, tubos)que luego se cortan en piezas individuales y se convierten en productos discretos.

La manufactura es una actividad bastante compleja, en ella interfieren gran variedad de recursosy actividades:

- Diseo del producto.

- Mquinas y herramientas.

- Planificacin d el proceso.

- Materiales.

- Compras.

- Manufactura propiamente dicha.

- Control de la p roduccin.

- Servicios de soporte.

- Mercado.

- Ventas.

- Embarque.

- Servicios al cliente.

Manufactura Fabricacin


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Adems, las actividades de manufactura deben responder a distintas demandas del mercado(clientes) y las tendencias de cada momento:

- Requisitos de diseo, especificaciones y normas.

- Seguir mtodos econmicosy respetuosos con el medio ambiente.

- Calidad del producto en todas sus etapas (desde el diseo hasta el ensamblado). Y nocentrar los controles de calidad solo una vez obtenido el producto final.

- Los mtodos de produccin deben ser flexibles para poder adaptarse a las demandas delmercado en cualquier momento.

- Los continuos desarrollos de materiales, mtodos de produccin e integracin a lascomputadorasdeben evaluarse constantemente con el objetivo de que su implantacin seaapropiada, oportuna y econmica.

- Las actividades de manufactura deben considerarse como un gran sistema, cuyas partes serelacionan entre s en diferente grado. Estos sistemas se pueden estudiar mediante laaplicacin de modelos matemticos que permitan analizar el efecto de cambios en unovarios de los factores que afecten al sistema (demandas de mercado, diseo del producto,mtodos de produccin, calidad).

- Debe haber una relacin entre el cliente final y el fabricante (retroalimentacin) paraconseguir una mejora continua del producto. Adems de ofrecer al cliente final un buenservicio de postventa(mantenimiento, asesoramiento).

- Bsqueda continua del mximo nivel de productividad (uso ptimo de los recursos:materia prima, mano de obra, maquinaria, energa, tecnologa y capital). Se debe maximizarla produccin por empleado y hora en todas las fases.

Un poco de Historia

El inicio de la manufactura data de los aos 5000 a 4000 a.C. Aunque el origen de lamanufactura posiblemente sean ms antiguo que la historia registrada. La realizacin de los dibujosencontrados en cuevas y rocas primitivas requera del uso de algn tipo de pincel o brocha y de lapintura o material necesario para grabar en la roca. El hombre primitivo no dispona de amboselementos tal cual en la naturaleza, por lo que necesitaba fabricarlos de algn modo.

En cuanto al uso de los diferentes materiales, se comenz con la fabricacin de productos enmadera, cermica, piedra y metal. Los materiales y procesos utilizados para dar forma a los

productos (mediante fundicin y martillado) se han ido desarrollando gradualmente con el p aso delos siglos.

De oro, cobre y hierro eran los primeros materiales que se utilizaron para fabricar utensiliosdomsticos y ornamentales; seguidos de la plata, el plomo, estao, latn y bronce. Entre los aos600 y 800 d.C. se introduce el acero; desde entonces se han desarrollado una gran multitud dediversos materiales ferrosos y no ferrosos. En la actualidad, los materiales empleados paratecnologas avanzadas incluyen materiales de ingeniera, desarrollados para fines concretos, con

propiedades concretas y nicas: materiales cermicos de ltima generacin, plsticos reforzados,

materiales compuestos, nanomaterialesEn cuanto a las tecnologas aplicadas en procesos de manufactura y fabricacin, antes de la

Revolucin Industrial(que comenz a mitad del siglo XVIII), los sistemas de fabricacin dependan


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principalmente de la mano de obra en todas sus fases. Con la revolucin industrial lleg lamecanizacin de los procesos productivos; comenzando con el desarrollo de maquinaria para laindustria textil y para el corte de metal. Este desarrollo iniciado en Inglaterra, rpidamente seexpandi por Europa y Estados Unidos. En 1800 se implant el uso de partes intercambiables(creadas por Eli Whitney); antes de esta aportacin era necesario el ajuste a mano de cualquier

mquina, ya que no se podan fabricar dos piezas iguales. Actualmente, en la reparacin decualquier mquina se da por entendido que se puede cambiar cualquier elemento roto por otronuevo de idnticas caractersticas. A da de hoy, son innumerables los avances y desarrollos denuevas tecnologas que se han llevado a cabo.

A partir de la dcada de 1940 los avances tecnolgicos se han desarrollado a gran velocidad,cabe destacar el desarrollo de las computadoras, desde sus comienzos hasta su estado actual. A dade hoy, los sistemas informticos (control por ordenador, robtica, sensores) han permitido que losmtodos de produccin hayan avanzado mucho, permitiendo altas velocidades de produccin, grancalidad en los procesos y productos, as como la gran facilidad de reproducir los procesos(reproductibilidad de productos).


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APUNTES DE TEORA DE TECNOLOGA

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Tabla 1. Desarrollo histrico de materiales y procesos de manufactura. (Fuente [1])

Periodo Aos Metales y fundicinDiversos materiales y

compositesFormado y modelado

< 4000 aCOro, cobre, hierrometerico

Artculos de tierra,vidriera, fibrasnaturales

Martillo --

4000 3000 aC

Fundicin de cobre,moldes de piedra ymetales, proceso a lacera perdida, plata,

plomo, estao, bronce

Estampado, joyera Soldadu

3000 2000 aCFundicin y estiradode bronce y oro

Perlas de vidrio, tornoalfarero, recipientes devidrio

Alambre (corte dehojas metlicas) Remach

2000 1000 aCHierro maleable,

bronce

1000 1 aC Hierro fundido, acerofundido

Prensado y soplado devidrio

Estampado demonedas

Soldaduhierro y

1 1000 Zinc, acero Vidrio veneciano Armaduras, acuado,forja, espadas de acero

1000 1500Alto horno, diversosmetales, fundicin decampanas, peltre

CristalEstirado de alambre,orfebrera en oro y

plata

1500 1600Caones de hierrofundido, placa deestao

Vidrio plano fundido,vidrio de pedernal

Potencia hidrulicapara trabajo demetales, laminacin detiras para monedas

Egipto

:~3100aC-~300aC

Grecia

:~1100aC-~146aC

Imperioromano:~500aC-~476dC

EdadMedia:~476-~1492

Renacimiento:sigloXIV-XVI

1600 1700Fundicin en moldepermanente, latn a

partir de cobre y zincmetlico

PorcelanaLaminacin (plomo,oro, plata).


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Tabla 1. Desarrollo histrico de materiales y procesos de manufactura (continuacin). (Fuente [1])



1700 1800Hierro fundido maleable,acero de crisol (barras yvarillas de hierro)

Extrusin (tubos deplomo), embuticinprofunda, laminacin

1800 1900

Fundicin centrfuga,proceso Bessemer,aluminio electroltico,

barras de nquel, metalesbabbitt, acerogalvanizado, metalurgiade polvos, acero de hogarabierto

Vidrio para ventana decilindro dividido, lmparade luz, vulcanizacin,

procesamiento del hule,polister, estireno,celuloide, extrusin dehule, moldeo

Martillo de vapor,laminacin de acero,tubos sin costura,laminacin de rieles deacero, laminacincontinuo,electrodeposicin

1900 1920Fabricacin automtica de

botellas, baquelita, vidriode borosilicato

Doblado de tubos,extrusin en caliente

Oxiacetiarco, resy trmic

1920 1940 Fundicin a presin

Desarrollo de plsticos,fundicin, moldeo,cloruro de polivinilo PVC,acetato de celulosa,

polietileno, fibras devidrio

Alambre de tungsteno apartir de polvo metlico Electrod

1940 1950 Proceso a la cera perdidapara piezas de ingeniera

Acrlicos, hule sinttico,epxidos, vidriofotosensible

Extrusin (acero),

estampado, metales enpolvo para piezas deingeniera

Soldadursumergid

RevolucinIndustrial:~17501850

PrimeraGuerra

Mundial

SegundaGuerraMundial

1950 1960Molde cermico, hierrodctil, semiconductores,fundicin continua

Acrilonitrilo butadienoestireno, fluorocarbonos,

poliuretano, vidrioflotado, vidrio templado,cermicos variados

Extrusin en fro (acero),formado explosivo,

procesamientotermomecnico

Soldadurmetal y y gas y dsoldadur


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Tabla 1. Desarrollo histrico de materiales y procesos de manufactura (continuacin). (Fuente [1])



1960 1970Fundicin por compresin,labes para turbinas demonocristales

Acetales, policarbonato,formado en fro de

plsticos, plsticosreforzados, devanado defilamentos

Hidroformado, extrusinhidrosttica,electroformado

Soldaduraplasma yelectrone

1970 1990

Grafito compactado,fundicin al vaco, arenaaglutinada orgnicamente,automatizacin del moldeoy colado, solidificacinrpida, composites de

matriz metlica, trabajo demetales semislidos,metales amorfos,aleaciones con memoriade forma (materialesinteligentes), simulacin

por ordenador

Adhesivos, materialescomposites,semiconductores, fibraspticas, cermicos

estructurales, compositesde cermicos estructurales,plsticos biodegradables,polmeros conductores dela electricidad

Forjado de precisin,forjado isotrmico,formado superplstico,matrices fabricadas con

diseo y fabricacinasistida por ordenador(CAD/CAM), forjado yformado de forma neta,simulacin por ordenador

Rayo lsedifusin,

Eraes

pacial

Eradelainformacin

1990 2000

Refundicin, diseo demoldes y matrices asistido

por ordenador, montaje

rpido de herramientas

Nanomateri ales, espumasmetlicas, recubrimientosavanzados,superconductores de altatemperatura, cermicosmecanizables, carbonocomo diamante

Prototipado rpido,montaje rpido deherramientas, fluidos

respetuoso con el medioambiente

Soldadurasoldaduraadhesivos

la electric


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Algunos conceptos a destacar de la Tabla 1:

- Pedernal: variedad de cuarzo, que se compone de slice con muy pequeas cantidades deagua y almina. Es compacto, de fractura concoidea, translcido en los bordes, lustroso

como la cera y por lo general de color gris amarillento ms o menos oscuro. Da chispasherido por el eslabn.

- Corindn: Piedra preciosa, la ms dura despus del diamante. Es almina cristalizada, yhay variedades de diversos colores y formas.

- Azadones:Instrumento que se distingue de la azada en que la pala, cuadrangular, es algocurva y ms larga que ancha. Sirve para rozar y romper tierras duras, cortar races delgadasy otros usos anlogos.

- Vidrio:Slido duro, frgil y transparente o translcido, sin estructura cristalina, obtenidopor la fusin de arena silcea con potasa, que es moldeable a altas temperaturas.

- Acuar: Imprimir y sellar una pieza de metal, especialmente una moneda o una medalla,por medio de cuo o troquel.

- Peltre:Aleacin de cinc, plomo y estao.

- Cristal:1.Slido cuyos tomos y molculas estn regular y repetidamente distribuidos en elespacio. 2.Vidrio, especialmente el de alta calidad.

- Vidrio o Cristal: principal diferencia que el cristal contiene xido de plomo (que no sepuede fundir en el mismo horno junto con vidrio, la temperatura de fusin es diferente).

- Orfebrera:Arte del orfebre.

- Orfebre: Persona que labra objetos artsticos de oro, plata y otros metales preciosos, oaleaciones de ellos.

- Vidrio de pedernal:o vidrio de plomo, contiene potasio y p lomo.

- Acero de crisol:acero elaborado mediante diferentes tcnicas, basadas en el calentamientolento y enfriado de hierro puro en un crisol (en p resencia de carbono).

- Crisol: 1. Recipiente hecho de material refractario, que se emplea para fundir algunamateria a temperatura muy elevada. 2.Cavidad que en la parte inferior de los hornos sirve

para recibir el metal fundido.

- Proceso Bessemer:primer proceso de fabricacin qumico que sirvi para la fabricacin enserie de acero, fundido en lingotes, de buena calidad y con poco coste a partir del arrabio.

- Arrabio:Fundicin de hierro que se obtiene en el alto horno y que constituye la materiaprima de la industria del hierro y del acero

- Aluminio electroltico:obtencin de aluminio mediante electrolisis.

- Electrolisis:Descomposicin de una sustancia en disolucin mediante la corriente elctrica.

- Metales babbitt:o metales de cojinete, aleacin que se utiliza para la superficie de apoyoen cojinetes de friccin (actualmente existen muchos tipos de aleacin).

- Acero galvanizado:El galvanizado es el proceso electroqumico por el cual se puede cubrirun metal con otro (p or ejemplo acero+zinc).

- Acero de hogar abierto:fabricado en hornos de hogar abierto.- Vulcanizacin:Accin y efecto de vulcanizar.


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- Vulcanizar: Combinar azufre con goma elstica para que esta conserve su elasticidad enfro y en caliente.

- Hule:Caucho o goma elstica.

- Baquelita:Resina sinttica que se obtiene calentando formaldehdo y fenol en presencia de

un catalizador. Tiene mucho uso en la industria, especialmente en la preparacin de barnicesy lacas y en la fabricacin de objetos moldeados.

- Acrlicos:Dicho de una fibra o de un material plstico: Que se obtiene por polimerizacindel cido acrlico o de sus derivados.

- Polimerizacin:Reaccin qumica en la que dos o ms molculas se combinan para formarotra en la que se repiten unidades estructurales de las primitivas y su misma composicin

porcentual cuando estas son iguales.

- Epxidos:En qumica orgnica un epxido es un radical formado por un tomo de oxgenounido a dos tomos de carbono, que a su vez estn unidos entre s mediante un solo enlacecovalente.

- Vidrio fotosensible:responden a la accin de la luz.

- Hierro dctil:El hierro dctil se obtiene mediante la introduccin controlada de magnesioen el hierro fundido, y bajas proporciones de azufre y fsforo.

- Semiconductor:Se dice de las sustancias aislantes, como el germanio y el silicio, que setransforman en conductores por la adicin de determinadas impurezas. Se usan en lafabricacin de transistores, chips y derivados. Elemento que se comporta como un conductoro como aislante dependiendo de diversos factores (campos elctricos o magnticos, la

presin, la radiacin o la temperatura ambiente).

- Vidrio flotado:plancha de vidrio fabricada haciendo flotar el vidrio fundido sobre una capade estao fundido.

- Cermica:Arte de fabricar vasijas y otros objetos de barro, loza y porcelana.

- labes para turbinas de monocristales: superaleaciones monocristal (a base de nquel).

- Aleacin: Producto homogneo, de propiedades metlicas, compuesto de dos o mselementos, uno de los cuales, al menos, debe ser un metal.

- Devanar:Ir dando vueltas sucesivas a un hilo, alambre, cuerda, etc., alrededor de un eje,carrete, etc.

- Hidroformado: conformado de algn material mediante algn lquido a presin (agua o

emulsiones de agua y aceite).- Composites: Los composites o resinas compuestas son materiales sintticos que estn

mezclados heterogneamente.

- Fibras pticas: Hilo o haz de hilos de material altamente transparente por el cual setransmite informacin a grandes distancias mediante seales luminosas.

- Formado superplstico:El conformado superplstico es un mtodo de fabricacin basadoen el comportamiento extremadamente dctil de ciertos materiales que permite obtenerformas casi acabadas mediante su deformacin plstica.

- Trabajo de metales semislidos:Moldeo de metales en estado semislido, produccin de

piezas de metales no-frreos (aluminio, cobre, magnesio), combinando las ventajas de lafundicin y la forja.

- Metales amorfos:metal con su estructura atmica desordenada.


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- Aleaciones con memoria de forma (materiales inteligentes): capaces de recuperar suforma despus de una deformacin significativa.

- Sistemas expertos: sistemas informticos capaces de realizar tareas y resolver operacionescomplejas igual que lo haran expertos en la materia, pero con una capacidad mucho mayor.

- Nanomateriales: materiales con propiedades morfolgicas inferiores a un micrmetro aalguna dimensin.

- Espumas metlicas: o espuma de aluminio. Combinan las ventajas estructurales de laespuma con las propiedades de los metales.

- Prototipado rpido: tecnologa que hace posible la obtencin de prototipos en tiemposrelativamente bajos.

- LIGA (litografa, electrodeposicin y moldeo):proceso utilizado para la fabricacin demicrosistemas, desarrollado hacia fines de los aos 1970 en KernforschungszentrumKarlsruhe (KfK). La sigla "LIGA" proviene del alemn, representan las siguientes etapas:

o Litografa de rayos X: el patrn en dos dimensiones de las microestructuras esduplicado por litografa de rayos X sobre una capa de polmero fotosensible.

o Galvanizacin por electro-deposicin: el metal es depositado sobre lasmicroestructuras.

o Conformado: tras la disolucin del polmero sobrante, el bloque de metal resultantesuele tener la funcin de herramienta de formacin.

- Mecanizado en seco:sin uso de lubricante/refrigerante (sin fluido de corte).

- Seis sigma:metodologa de mejora de procesos, como objetivo tiene reducir la variabilidaddel proceso, hasta niveles mximos de 3.4 defectos por cada milln de posibilidades.

Hacia donde vamos??

Gary Acres: Las fbricas tradicionales no desaparecern de la noche a la maana, pero seempezarn a ver aparecer una nueva generacin de fbricas mejor adecuadas. Se trata de fbricasms pequeas que producen un solo producto especializado

Torben Andersen:La fbrica del futuro no ser el tipo de esas vastas naves de produccin enmasa. Un mayor nmero de proveedores, geogrficamente alejados, enviarn los diferentescomponentes de un producto a la unidad de montaje. Esta fbrica ser ms extensa, compuesta declulas individuales autnomas

La especializacin de cada unidad mejorar la eficacia. La competitividad depender de laproductividad y de la calidad de los intercambios entre distintas unidades. Tambin se mejorar larelacin proveedor-cliente Producto-Servicio. Fuerte presencia de las Tecnologas de lainformacin (TICs) Productos Inteligentes (capaces de aprender de su entorno). Otras metas:nuevos materiales, menos contaminacin desde el diseo del producto (fabricar pensando enreciclar).

IMPORTANCIA DEL POTENCIAL HUMANO


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1.2 La Tecnologa Moderna (de la revolucin industrial hasta la actualidad)

En el ltimo tercio del siglo XVIII surgen dos corrientes muy importantes en el desarrollo yevolucin de la sociedad, la del conocimiento y la de la experimentacin, con personajes histricos

de gran relevancia (L. Euler, J. LouisLagrange, B. Franklin, J. DAlembert, A. Lavoisier, D.Bernoulli).

La Revolucin Industrial: el primer invento a considerar, quizs el ms importante, sea lamquina de vapor (James Watt). Desde 1780 la mquina de vapor se introduce en fbricas de hilode algodn, posteriormente en la fundicin de hierro. En aos sucesivos se van incorporandoinventos que hacen posible pasar de la fabricacin artesanal a la concentracin de la fabricacin enlo que hoy da conocemos como fbricas.

Aumenta (o se inicia) la relacin entre ciencia e industria, lo que hace que los avancescientficos se transfieran rpidamente a la fabricacin o produccin industrial. Algunos hechosimportantes (siglo XIX):

- Desarrollo de los medios de transporte (mquina de vapor, ferrocarril). La primeralocomotora de Stephenson data en 1813. La primera lnea de ferrocarril data en 1825.

- Mejora de la comunicacin (telgrafos).

- Gras est ima de la ingeniera por parte de la sociedad.

- En Europa, se modifican universidades, se le da mucha importancia a los centros o institutosde investigacin.

- En Alemania, a finales del siglo XVIII y comienzos del siglo XIX, se reestructuraron lasuniversidades (libertad docente, vocacin cientfica). Se le dio autonoma a los alumnos para

estudiar (composicin de su currculo). Se le dio autonoma a la institucin para investigar(fuerte desarrollo). Como resultadofuerte desarrollo.

- Nacimiento de los estudios de ingenieros: Alemania 1770 (Technische Universitt Berlin);Francia 1794 (cole Polytechnique); Inglaterra 1823 (Mechanics Institute. Londres);Espaa 1850 (Estudios de Ingeniero Industrial en M adrid, Barcelona, Sevilla y Vergara).

- En Estados Unidos, surgieron conflictos entre los que apoyaban la forma tradicional dedocencia en universidades y el inters de la sociedad por tener conocimientos ms prcticos.A principios del siglo XIX la carencia de ingenieros en los Estados Unidos era muyimportante (a penas 2 ingeniero p or estado). Las universidades tardaron en reaccionar, hasta1861 no se fund el Massachusetts Institute of Technology (MIT), en 1865 abra su Escuela

Industrial. Con el tiempo se copi el modelo europeo y proliferaron los institutos deinvestigacin.

- Comienzan los estudios sistemticos sobre procesos industriales (conformado pordeformacin p lstica y mecanizado)

- Progresivamente los p equeos talleres p asan a centros de produccin en cadena (fbricas).

- Muy importante: intercambiabilidad de piezas y montaje.

- Gran inters de producir en masa objetos estndares (sobretodos cuando eran componentesde maquinaria)ingeniera de precisin (sobretodo en acero).

- A partir de 1856, el proceso de Bessemer (produccin a gran escala) y posteriormente el

horno abierto de Siemens (obtencin de lingotes), permitieron la obtencin de acero aprecios asequibles. El procedimiento Bessemer fue el primer proceso de fabricacin quesirvi para la fabricacin en serie de acero, fundido en lingotes, de buena calidad y con poco


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coste a partir del arrabio (material fundido que se obtiene en el alto horno mediantereduccin del mineral de hierro; se utiliza como materia prima en la obtencin del acero enlos hornos siderrgicos).

Figura 2. Horno de Bessemer.

- Principios siglo XIX, Whitworth desarroll un sistema capaz de medir con gran exactitud(metrotecnia) las dimensiones de cualquier pieza, lo que permiti desarrollar mquinascapaces de fabricar elementos idnticos (inicio de la produccin en serie).

- Alessandro Volta consigue en 1800 producir corrientes elctricas de forma continua.

- Desarrollo del electromagnetismo, lo que permiti grandes avances tecnolgicos.

- Induccin electromagntica (Faraday).

- Corriente alterna (Gramme).

- Obtencin de fuerza motriz de origen elctrico (alternativa al vapor).

- Fuerte desarrollo de los telares, se pasa del diseo manual de los dibujos de las telas, al usode tarjetas perforadas para la seleccin de los hilos de urdimbre que se levantaban (slopodan levantarse los hilos donde haba un agujero en la tarjeta). Por ejemplo, p ara tejer unretrato eran necesarias 24000 tarjetas. Este sistema an se utiliza para tejer telas de lujo porla compaa japonesa Nishijin. Estas tarjetas se pueden considerar como las percusoras delControl Numrico.

- Primer telar automtico y primer torno para mecanizar metales (Jacques Vaucanson, 1709-1782).

- Primer mquina textil que realizaba distintos tipos de tejidos con solo modificar el programaintroducido por medio de tarjetas de latn perforadas (Joseph Marie Jacquard, 1801).


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Figura 3. Telar de Jacquard.

- Primero intentos de disear y fabricar mecanismos que simulen los movimientos humanos.

- A mediados del siglo XIX: se construye la primera calculadora, capaz de realizar cuatrooperaciones aritmticas. Memoria capaz de almacenar mil nmeros de 50 cifras. La entradade datos se haca mediante fichas de papel perforadas.

- A mediados del siglo XIX: se fabrican los primeros dispositivos de clculo digitales de tipo

electromecnico construido con rels.- Leonardo Torres Quevedo (1852-1936): calculador de races.

El progreso tecnolgico y la segunda revolucin industrial: el periodo comprendido entre1870 y 1914 es considerado por muchos historiadores como la Segunda Revolucin Industrial, el

progreso tecnolgico continuo pas a ser un elemento estructural en la economa mundial. Seproducen un gran nmero de innovaciones que van transfirindose de un pas a otro cada vez conmayor facilidad. A destacar:

- Capacidad de reproducir mecnicamente los textos escritos difusin de conocimientos

(Mejora de la imprenta: impresin en continuo, rotativas; mquina de escribir).- Nuevas fuentes de energa (petrleo y electricidad). Pila de Volta, generadores de corriente

continua, generadores de corriente alterna.

- Motor de combustin interna (Nikolaus Otto, 1868).

- Neumtico (Dunlop, 1888).

- Tratado sobre electricidad y magnetismo (M axwell, 1873).

- Primera locomotora elctrica (Werner V. Siemens, 1879).

- El 29 de enero de 1886, Karl Benz solicit la patente de un vehculo de tres ruedas, que hoyes reconocido oficialmente como el p rimer automvil del mundo.


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Figura 4. Primer automvil reconocido actualmente.

- Emite seales de radio (M arconi, 1896).

- El telfono (Bell, 1876).

- La lmpara incandescente (Edison).

- La radio y la televisin.

- Almacenamiento de informacin sonora (grabacin y recuperacin de la informacin) sobrecintas magnticas. El telegrfono que graba sonidos por medios magnticos.

- En el mbito domstico: la mquina de coser (Isaac Merrit Singer, 1854), la planchaelctrica (1880), la lavadora (John Fisher, 1908).

Figura 5. Mquina de coser de Singer (a); Imgenes de las primeras planchas elctricaspatentadas (b); lavadora de fabricacin alemana (c).

- En 1882 Hadfield patenta su acero al manganesio comienza la era del acero de aleacin.

a) c)

c)


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- Taylor introduce el clculo de la duracin herramientas de corte, vida t il (1903).

- Aplicacin de nuevas aleaciones en herramientas de corte que soportaban mayorestemperaturas de corte y permitan aumentar la velocidad de mecanizado. Aumenta la vidatil de las herramientas.

- Aparecen las herramientas de acero rpido.- Desarrollo de nuevos materiales para herramientas: aleaciones fundidas (no frricas),

carburos cementados.

- Aleaciones magnticas (Kotaro Honda, 1916).

- Acero inoxidable (Elwoor Haynes, 1919).

- Con las nuevas herramientas se pasaba de tiempos de mecanizado de 100 minutos (aprincipios del siglo XX) a tiempos de 6 minutos en 1927 con los nuevos carburoscementados.

- Desarrollo de l a industria qumica.

- Se produce un fuerte cambio en la organizacin de las empresas (grandes industrias):distribucin de tareas y responsabilidades, planificacin de la produccin, protocolos y

procedimientos escritos, control de la calidad (no solo del producto final, sino durante todoel proceso). Estudios sobre la planificacin de la p roduccin (optimizacin).

- Planificacin y organizacin del trabajo (Grantt).

- Concepto de piezas intercambiables.

- Se demanda mayor presencia de la automatizacin de los procesos (sobretodo en industriaautomovilstica).

- Primer coche fabricado en serie (Carl Benz, 1894).- A principios del siglo XX se crea la primera planta de montaje donde se construan

vehculos a partir de piezas estandarizadas fabricadas en otra factora. El vehculopermaneca en un lugar fijo y los operarios iban y venan con los componentes (Ejemplo,fabricacin del Ford T desde 1903). Con el coche fijo y los operarios movindose, excesivogasto de tiempo.

Figura 6. Henry Ford (Izq.). Ford T (Dcha.).

- Henry Ford (1913) prueba en su fbrica de Detroit un nuevo sistema: lnea de fabricacin decoches en cadena. El chasis del coche se monta sobre una cadena de eslabones que se muevea lo largo de la nave industrial, son los operarios quienes permanecen fijos en sus estaciones


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de trabajo (cada estacin de trabajo se encarga de una tarea diferente). Se ahorra en eltiempo de montaje un 85%.

- Se inicia la industria del plstico (PVC, 1912).

Segundo tercio del siglo XX. El ordenador: a mediados del siglo XX las empresas sereplantean los mtodos de fabricacin y de produccin:

- Importancia de la calidad. No slo importa la calidad del producto final, se introducentrminos como la calidad en el diseo (mejorar los diseos a partir de estudios de mercado yde los datos del servicio de post-venta).

- II Guerra Mundial impulsora del estudio de mtodos y tiempo.

- Durante los aos cincuenta se mejoran las mquinas de mecanizado, ganando en potencia yestabilidad. Desarrollo de nuevas herramientas para reducir el tiempo de mecanizado.Desarrollo de las p laquitas intercambiables para herramientas de mecanizado.

- Gran desarrollo de mquinas copiadoras para mecanizado. Utilizacin de plantillas y cintasperforadoras para el control de las mquinas.

- El control por leva en la automatizacin pas al uso de sistemas hidrulicos y electrnicos.Tambin se desarrollaron los finales de carrera.

- La industria aeroespacial (que requera de piezas complejas que slo podan obtenerse pormecanizado) fue la verdadera impulsora del desarrollo de las mquinas-herramienta.

- La evolucin de los ordenados permiti mecanizar una leva tridimensional para el reguladorde la bomba de inyeccin de motores de aviacin. La complejidad de esta leva hacaimposible su obtencin mediante mecanizado convencional. Para obtener esta leva, se

conecta una fresadora tridimensional de altas prestaciones con un potente calculador queenva la informacin codificada de la trayectoria de la herramienta. Este hecho es elprecursor del Control Numrico Computerizado (CNC) de las mquinas-herramienta., ascomo de la robtica.

Figura 7. Primer ordenador (Izq.); primer ordenador Apple (Dcha.)

- Desarrollo ordenadores: permite los avances en control de calidad y automatizacin enprocesos de fabricacin.

- 1947 (John C. Parsons, Estados Unidos): control numrico de fresadoras mediante tarjetasperforadas.


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Figura 8. Cinta perforada para el control de mquinas-herramienta.

- 1946 (G.C. Devol, Estados Unidos): control numrico con entrada de informacin

almacenada por medios magnticos.- 1950 en el MIT: se desarrollan las primeras mquinas con Control Numrico gobernadas por

ordenador.

Figura 9. Torno CNC (Izq.); Fresadora CNC (Dcha.).

- 1961 se publica el lenguaje APT (Adaptative Program Tooling) para programacin decontrol numrico.

- Ingeniera asist ida por ordenador.- Desarrollo de sistema de manipulacin y robtica. Los manipuladores elctricos e

hidrulicosRobots.

- Importante: Cambio Automtico de herramientas (a finales de los aos 50).

- Desarrollo de plaquitas intercambiables de metal duro recubiertas de carburo de titanio(1960-1970).

- Normas ISO para las plaquitas intercambiables (cdigos de identificacin).


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Figura 10. Robot con accionamiento hidrulico (Arriba); Robot e lctrico (Abajo).

ltimo tercio del siglo XX. Los aos 70 fueron el comienzo de dcadas en las que seprodujeron grandes avances en la mejora de mquinas-herramienta, herramientas de corte, controlesy mtodos.

- Avances en tecnologas electrnicas e informtica.

- Tecnologa electrnica: permite obtener controles numricos ms potentes y fiables.

- Informtica: programacin de las mquinas (programacin manual, programacin asistida,programacin grfica interactiva).

- Evolucin: Control Numrico Computerizado (CNC) --- Sistemas Flexibles de Fabricacin --- Fabricacin Integrada por Computador.

- Diseo Asist ido por Ordenador (CAD), Fabricacin Asist ida por Ordenador (CAM).

- Antes de 1974 los robots eran una mezcla de tecnologa elctrica, hidrulica y neumtica.

Aparecen los robots con accionamiento ntegramente elctrico.- Fuerte desarrollo de la robtica en todos sus campos.

- 1980: gran cantidad de software disponible, bajada de p recios del hardware.

- Desarrollo de nuevos materiales para piezas, y nuevos materiales para herramientas quetrabajen estos nuevos materiales para piezas.

- Ingeniera Concurrente: integracin de los procesos de diseo con los procesos defabricacin.

- Mtodos de control de la productividad. No slo se busca el avance tecnolgico, sino la

mejor combinacin posible entre hombre-mquina para conseguir la mayor productividadposible.


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1.3 Los Procesos de Fabricacin, una parte del concepto de produccin

Proceso de fabricacin: El objeto es obtener productos segn especificaciones de diseo(planos e instrucciones) a partir de preformas o materias primas, con el apoyo de recursos de

produccin (materiales, equipos auxiliares, energa, informacin, personal) realizado en unsistema de fabricacin, mediante el empleo de una mquina o instalacin con un mtodo ptimo, deacuerdo a ciertas reglas conocidas y sometido simultneamente a parmetros no dominados.

Figura 11. Proceso de Fabricacin.

Un proceso de fabricacin es aquel que, partiendo de unas materias p rimas, obtiene un productodiferente que satisface unas necesidades del propio fabricante o de su cliente. Existe unaconfluencia entre: el material (materia prima), la maquinaria y herramientas, la energa (necesaria) yla tecnologa (cada vez ms presente y ms avanzada).

Sistema (RAE):1.Conjunto de reglas o principios sobre una materia racionalmente enlazadosentre s. 2.Conjunto de cosas que relacionadas entre s ordenadamente contribuyen a determinadoobjeto.

Producti vo (RAE):1.Que tiene virtud de producir. 2.Que es til o provechoso. 3.Que arrojaun resultado favorable de valor entre precios y costes.

Sistema Productivo: conjunto de elementos (materiales, maquinaria, personal) relacionadosentre s cuyo objetivo o finalidad es la obtencin de algn producto o bien. Tendremos:

- Entradas Materia prima, piezas elaboradas en otros procesos

- Proceso/s El propio proceso de fabricacin.

- Salidas Productos acabados, componentes de otros productos, prototiposLos productos obtenidos pueden ser productos industriales (herramientas,motores), bienes de consumo (alimentos, textiles) o servicios.

PPrroocceessooddeeFFaabbrriiccaacciinn

DiseoMateria Prima

PPrroodduuccttoo

Recursos deproduccin

Maquinaria

Reglasconocidas

Parmetrosno

controlables


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- Entorno Medio ambiente (residuos), sociedad de consumo (clientes, manode obra), otros sistemas productivos (suministro de materia prima),economa local y global, mercados locales, mercados internacionales, leyes,gobiernos, economa local, economa global... Relaciones bastantescomplejas.

Un sistema productivopuede ser discreto:

- La variedad de p roductos es muy grande (flexibilidad).

- El producto se contabiliza por unidades.

- La automatizacin de los sistemas es compleja.

- Son sistemas que reaccionan rpidamente al cambio de tipo de p roducto (flexibilidad).

- Inversin ms baja que en los continuos, a excepcin de los que se desee automatizar.

- Necesidad de coordinacin del gran nmero y variedad de materias primas.- Los equipos utilizados son vlidos para atender a distintas necesidades (mquinas

universales y flexibles).

Un sistema productivopuede ser continuo:

- El producto obtenido es nico, o si son varios, sus diferencias son muy pequeas.

- Produccin muy elevada. Se contabiliza en peso o volumen.

- Variables del sistema: temperatura, humedad, p resin

- Fbricas muy automatizadas.- Sistemas rgidos al cambio de tipo de producto.

- Operan a plena capacidad (da y noche).

- El nmero de materias p rimas es bajo.

- Los equipos e instalaciones estn muy especializadas para la fabricacin de un productoconcreto.

Un sistema productivopuede ser combinado:

- Continuos con caractersticas de discretos (ms flexibles).

- Sistemas Justo a Tiempo (Just in Time).


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Clasificacin de los Procesos de Fabricacin

Para cada producto y/o componente suelen existir diferentes procesos de fabricacin posibles.Existen diferentes criterios para clasificar los diferentes procesos de fabricacin:

- Segn el producto obtenido (slido, lquido o gaseoso, etreo). Esta clasificacin esdemasiado sencilla e implica algunas dudas, dnde incluimos los p roductos pastosos?

- Segn el campo del sector productivo:

o Procesos de Fabricacin Mecnica:se obtienen productos en los que no se altera,en principio, su composicin qumica. Generalmente se obtienen productos slidos.

o Procesos de Fabricacin Qumica:su objetivo principal es alterar la composicinqumica del material que se trabaje. Generalmente se obtienen productos lquidos ygaseosos, aunque tambin slidos.

o Procesos de Obtencin de Sistemas de Informacin: su objetivo es crearherramientas que sirven de enlace y control de otros tipos de procesos.

La frontera entre un tipo de proceso y otro no es definitiva, existen procesos de fabricacin quese pueden considerar p rocesos mecnicos y qumicos.

Los Procesos de Fabricacin Mecnicapueden:

- Dar consistencia: se parte de materia prima en estado lquido, pastoso, granulado o gaseosoy se obtienen productos slidos (Ej. La fundicin).

- Conservar la consistencia: se transforma una materia conservando su masa, sin eliminar niaadir nada (Ej. Conformado por deformacin p lstica).

- Disminuir la consistencia: se transforma una materia eliminando material (Ej. M ecanizado).- Aumentar la consistencia: se transforma una materia aadiendo material (Ej. Galvanizado).

Alternativas de clasificacinde los procesos de fabricacin (ver Capitulo 1 - libro [2]):

- Producto final obtenido: se pueden obtener piezas/productos semiacabado, componentes,piezas/productos finales, productos industriales, prototipos o productos de consumo. Dndeincluimos el reciclado?

- Material sobre el que se trabaja: metales (aceros y derivados, aluminio), materialesplsticos (termoplsticos, termoestables), madera (madera natural, papel,conglomerados), materiales compuestos, vidrio (laminado, ornamental), cermicas,

porcelanas y textiles.

- Sector industrial al que se destina el producto obtenido (gremios artesanales): automvil,aeronutico, naval, ferroviario, electrnico, electrodomsticos, minera, mueble, forestal,

juguetes, construccin, edificacin y obras p blicas, p etroqumico, energtico, alimentario,mdico y farmacutico.

- Caractersticas del proceso: moldear, conformar, separar, unir, recubrir, modificar laspropiedades del material, modificar las prop iedades del producto.

- Mquina y herramienta: prensas, fresadoras o centros de mecanizado, tornos o centros de

torneado, hornos, mquinas taladradoras, cilindros de laminacin, mquinas de traccin otorsin. Algunas herramientas son susceptibles de ser implementadas en varios tipos de


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mquinas o funcionar de manera autnoma: herramientas de roscado, herramientas deatornillado, herramientas de marcado, herramientas de palpado.

- Grado de calidad del producto obtenido: no es lo mismo fabricar una tubera para la bajantede aguas residuales de un edificio residencial, que una tubera para una bajante de aguasresiduales de un centro de investigacin con productos altamente contaminantes o que unatubera para el circuito primario de una central nuclear.

- Grado de innovacin tecnolgica del proceso: podemos diferenciar entre procesosconvencionales y procesos no convencionales. En general nos referimos a procesos en losque trabajamos con nuevos materiales avanzados, que requieren nuevos procesos defabricacin, de conformado, alto requerimiento de calidad, personal cualificado, procesosaltamente automatizados, complejidad de formas, reduccin de desechos, nuevasherramientas Aunque lo que hoy podemos denominar no convencional, maana serconvencional.

- Consideraciones ambientales: contaminan, no contaminan, uso eficaz de los recursos o no

(materiales, energa), reciclado, reutilizacin...- Otras clasificaciones: segn costes, segn tipo de energa

Para una visin global de nuestra asignatura, estableceremos la siguiente clasificacin:

- Fundicin: moldes desechables o moldes permanentes.

- Conformado por deformacin plstica y moldeado: laminacin, forja, extrusin, estiradoo trefilado, conformado de chapa, metalurgia de polvos y moldeo.

- Mecanizado: torneado, mandrilado, taladrado, fresado, cepillado, escariado y rectificado,mecanizado por ultrasonidos, mecanizado qumico, elctrico y electroqumico; mecanizado

por rayos lser.

- Unin: soldadura (blanda y fuerte), unin por difusin, por adhesin y unin mecnica.

- Acabado: pulido, t ratamientos superficiales, satinado, recubrimiento

- Nanofabricacin: la tecnologa ms avanzada, capaz de producir p iezas con dimensiones enel nivel nano (una milmillonsima).

La seleccin de un proceso o mtodo de fabricacin depender de mltiples factores: tipo deindustria, tipo de materiales, capacidad de la empresa de incorporar determinadas tecnologas


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Fundicin

Modelo y moldedesechables otros

Molde desechable,modelo ermanente

Molde permanente

Fundicin de revestimiento

Fundicin a la espuma perdida

Crecimiento de monocristales

Proceso rotativo

Molde de arena

Molde de cscara

Molde cermico

Molde permanente

A presin

Centrfuga

Por compresin

Figura 12. Clasificacin de los procesos de fabricacin. (Fuente [1])


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Conformado pordeformacin plstica

Laminacin Forja Extrusin y estirado

Laminado plano

Laminado de perfiles

Laminado de anillos

Formado or laminacin

Matriz abierta

Matriz cerrada

Recalcado

Extrusin directa

Extrusin en fro

Estirado

Estirado de tubosPenetracin

Figura 12. Clasificacin de los procesos de fabricacin (continuacin).(Fuente [1])


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Conformadode chapa

Cizallado Doblado yembuticin

Formado

troquelado

Ranurado

Punzonado

Penetrado

Doblado

Plegado

Formado en rodillos

Formado por estirado

Hidroformado

Repujado

Pulsos magnticosEmbuticinprofunda



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Polmeros

Termoplsticos Termoestables Prototipador ido

Extrusin

Moldeo por inyeccin

Moldeo por soplado

Termoformado

Moldeo por compresin

Pultrusin

Moldeo por vaco

Estereolitografa

Moldeo por deposicinfundida

Impresin 3D

Objetos laminadoMoldeo portranferencia



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Mecanizado yacabado

Mecanizado Mecanizadoavanzado

Acabado

Torneado

Taladrado

Fresado

Brochado

Electroerosin por hilo

Electroqumico / qumico

Lser

Rectificado de superficies

Rectificado sin centros

Lapeado (abrasivo)

Pulido electroqumicoChorro de agua

Figura 12. Clasificacin de los procesos de fabricacin (continuacin). (Fuente [1])


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Procesos deunin

Soldadura porfusin

Otras soldaduras Sujecin y pegado

Arco metlico protegido

Arco de metal y gas

Arco con ncleo de fundente

Arco de tungsteno yas

Agitacin - friccin

Soldadura por resistencia

Por explosin

Pegado adhesivo

Unin mediante tornillos

Soldadura por ola

Soldadura fuerteSoldadura en fro

Figura 12. Clasificacin de los procesos de fabricacin (continuacin). (Fuente [1])


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Para cada producto y/o componente suelen existir diferentes procesos de fabricacin posibles.Existen diferentes criterios para clasificar los diferentes p rocesos de fabricacin. Algunos criterios atener en cuenta p ara elegir un mtodo de fabricacin u otro:

- Precisin dimensional y acabado superficial: en funcin de la complejidad de la pieza afabricar y de las dimensiones y tolerancias permitidas se deber seleccionar un mtodo uotro:

o Piezas p lanas y delgadas son difciles de obtener p or fundicin.

o Piezas complejas son difciles de obtener solo mediante conformado pordeformacin plstica.

o En caliente suele obtenerse peor acabado superficial y peores tolerancias que en fro.

o No todos los procesos de fundicin presentan el mismo acabado superficial.

- Coste: el coste del utillaje y herramientas es otro aspecto fundamental a tener en cuenta(aspectos relacionados: tiempo de fabricacin, vida til de las herramientas y del utillaje).

Tambin hay que tener en cuenta el porcentaje de desperdicio de material en un proceso defabricacin (no es lo mismo realizar un conformado por deformacin plstica que unmecanizado). Otros aspectos:

o Disponibilidad de maquinaria.

o Experiencia y capacidad d el personal.

o Nmero de componentes a fabricar.

o Capacidad de p roduccin (lotes pequeos o lotes grandes).

o Coste medioambiental.

Y si no elegimos el material adecuado para un componente o el proceso de fabricacin correcto:

- Puede dejar de funcionar nuestro p roducto (fallo de algn componente).

- El resultado conseguido no sea el esperado (no funciona todo lo bien que se desea, sedesgasta fcilmente).

- Vida til baja, fallos de fun cionamiento en poco tiempo: elevado coste de mantenimiento.

Concepto Manufactura Neta: este concepto hace referencia a que actualmente es difcil

conseguir nuestro producto acabado con un nico proceso de fabricacin. Por ejemplo es difcil quemediante un proceso de conformado p lstico consigamos el acabado final de nuestra pieza. Imaginaque fabricamos una biela mediante fundicin y moldeo, la p ieza obtenida tendr rebabas y las cotasfinales posiblemente debern ser obtenidas mediante mecanizado, al igual que el acabadosuperficial definitivo. El concepto de Manufactura Netahace referencia a lo cerca que se fabricauna pieza o componente de su dimensiones finales deseadas, tolerancias, acabado superficial yespecificaciones finales mediante la p rimera operacin que se r ealice.


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Disear para Fabricar

El diseo de los p roductos se pude considerar como una de las fases ms importantes, ya que enfuncin de las decisiones tomadas durante la fase del diseo depende el 70-80% del coste total de

desarrollo y fabricacin del p roducto. El diseo de un producto requiere:- Conocer sus funciones y finalidad.

- Conocer el mercado (potencial consumidor). Anlisis de mercado y ventas.

- Saber si es nuevo o modificacin de otro y a existente.

- Conocer los procesos de fabricacin posibles .

- Flujo de informacin entre el departamento de ingeniera (saber cmo se fabrica) y eldepartamento de marketing (saber qu queremos).

Figura 13. Fases comprendidas entre diseo y fabricacin de un producto (Izq.). Flujo generalde un producto en Ingeniera Concurrente (Dcha.). (Fuente [1])

Definicin de la necesidad del producto;informacin de mercado

Diseo conceptual y evaluacin; estudio defactibilidad

Anlisis del diseo; revisin de cdigos ynormas; modelos fsicos y anal ticos

Produccin de prototipos;prueba y evaluacin

Planos de produccin; instrucciones

Especificacin de materiales; seleccin deprocesos y e quipos; revisin de seguridad

Produccin piloto

Produccin

Inspeccin y control de calidad

Embalaje; etiquetado

Producto Final

Dise

oAsistidopor

Ordenador(CAD)

Fabricaci

nAsistidapor

Ordena

dor(CAM)

Mercado

Especificaciones

Diseo Conceptual

Diseo de Detalle

Manufactura

Venta


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Ingeniera Concurrente: en la actualidad los productos entran y salen de los mercados conmucha facilidad, la vida de un producto es cada vez ms efmera. El mercado devora productos,siempre quiere productos nuevos, que mejoren los actuales. La Ingeniera Concurrente oSimultnease basa en las interacciones recprocas entre todos los departamentos responsables deun mismo producto. Todos los departamentos se involucran en las primeras fases de desarrollo de

un producto, de este modo se reduce el nmero de errores, reduciendo la posible prdida de tiempo.Es muy importante la comunicacin entre diferentes disciplinas (ingeniera, mercado, servicio

postventa, diseo, fabricacin, diseo para el reciclaje, diseo para la seguridad).

El objetivo principal de la Ingeniera Concurrente, al integrar la fase de diseo y la fase defabricacin de un producto, es optimizar el ciclo de vidadel p roducto, as reduce:

- Los cambios de diseo y la ingeniera del producto.

- El tiempo y coste entre el diseo y la fabricacin (puesta en el mercado).

Un producto bien diseado:

- Debe ser funcional (diseo).

- Tendr un proceso de fabricacin ptimo.

- Embalaje y empaquetado que asegure que el producto llega en perfecto estado alconsumidor final.

- Funcionar correctamente para la finalidad que haya sido diseado.

- Ser fiable (cumplir con su funcin el tiempo establecido), en caso de avera ser tendruna reparacin sencilla (mantenimiento, servicio p ost-venta).

- Reciclable.

Ejemplo del beneficio de la Ingeniera Concurrente: una empresa redujo un 30% el nmero decomponentes en uno de los motores que fabrica, con esto consigui reducir un 25% el peso delmotor y un 50% el tiempo de fabricacin.

Importante: gracias al uso de tcnicas como modelado y diseo asistido por ordenador (CAD),ingeniera asistida por computadora (CAE) y manufactura asistida por computadora (CAM),

podemos analizar de forma rpida cualquier proceso de fabricacin, disear de forma integracomplejos sistemas o productos, simular situaciones reales para la ayuda en la toma de decisiones,fabricacin de prototipos


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Diseo para la Fabricacin, Ensamblaje y Desensamblaje y ServicioDisear para fabricar o Diseo para manufactura (DFM): las personas responsables del

diseo de un producto deben tener siempre en cuenta el modo en el que este producto se fabrica(materiales, procesos de fabricacin, planificacin de los procesos de fabricacin, ensamblaje de

componentes, controles de calidad). En la fase del diseo se deben tener en cuenta el tipo demquina que se va a utilizar, las caractersticas y propiedades del material, la precisin dimensional,el acabado superficial

Disear para ensamblar y para desensamblar: las operaciones de ensamblaje de loscomponentes de una pieza pueden suponer gran parte del coste de fabricacin. En el diseo del

producto se deber tener esto en cuenta.

Mal BienMal

Mal

Mal

Mal

BienBien

Bien

Bien

La parte puedeno encajar bien

y colgarse

El biseladoayuda a que laparte caiga en

su lu ar

La parte debesoltarse antes de

estar biencolocada

La parte secoloca antes de

soltarla

Se puedeenredar

fcilmente

Slo se enredabajo presin

Una pieza pude deslizarsobre otra, difcil de

transportar en cadena

Fcil de transportar encadena

Insercindifcil

Agujero deexpulsin de

aire en laieza

Agujero o plano deexpulsin de aire en

el perno

Figura 14. Diseo para ensamble. (Fuente [1])

Se deber diferenciar si el proceso de montaje es manual o automatizado:

- Montaje manual: debe ser ergonmico (diseado para ser montado por una persona); las

piezas no deben ser ni muy pequeas ni muy grandes, fciles de agarrar, evitar que seanfrgiles. Es preferible la simetra en las piezas, de modo que puedan ser montados en variasposiciones; si no hubiera simetra, el operario debe p oder identificar fcilmente la posicincorrecta para el montaje. Adems, debe haber buena iluminacin, todos los componentes aensamblar debern ser accesibles, evitar grandes esfuerzos, evitar componentes complejos(normalizacin), sencillez de montaje, facilitar el autocentrado o autoacoplamiento, evitar eluso de tuercas (usar agujeros roscados).

- Montaje automatizado: se deber prestar especial atencin a la presentacin de las piezas (elsistema automtico de montaje deber recibir las piezas en su posicin correcta); tipo deacoplamiento (ajustes forzados, sujecin roscada, retenes, ajustes elsticos, soldadura yadhesivos, remachado, costura); control de esfuerzos (debe haber algn sistema que los

esfuerzos durante el montaje automtico para evitar daos en los componentes y/o en elproducto final).


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Criterios para la seleccin de materialesPrincipales materiales disponibles:

- Metales ferrosos: aceros al carbono, aleaciones, inoxidables...

- Metales no ferrosos: aluminio, magnesio, cobre, nquel, titanio, superaleaciones, metalesrefractarios, berilio, zirconio, aleaciones de bajo punto de fusin y metales preciosos.

- Plsticos (p olmeros): termoplsticos, termoestables y elastmeros.

- Cermicos, vidrios, cermicos vidriados, grafito, diamante.

- Composites: plsticos reforzados, de matriz metlica, de matriz cermica (materiales deingeniera).

- Nanomateriales, aleaciones con memoria de forma, aleaciones amorfas, semiconductores,superconductores y otros materiales avanzados con propiedades nicas.

Propiedades a tener en cuenta a la hora de seleccionar un material:

- Mecnicas (resistencia, tenacidad).

- Fsicas (densidad, calor especfico, conductividad elctrica).

- Qumicas (oxidacin, corrosin).

- Propiedades de manufactura (determinan que tecnologas de fabricacin son aplicables acada material, si se puede fundir, mecanizar).

- Coste.

- Disponibilidad.

- Aspecto.

- Vida til.

- Reciclaje.

Fabricacin y Medio AmbienteLa actividad industrial tiene efectos negativos sobre el medio ambiente, el ecosistema de la

Tierra y, por tanto, en la calidad de vida del ser humano (contaminacin del agua, del aire,reduccin de la capa de ozono, lluvia cida, efecto invernadero, residuos peligrosos). Se debe

pensar siempre en minimizar el efecto negativo sobre el medio ambiente. Algunos criterios:

- Reducir el desperdicio de material (desde el diseo hasta la fabricacin).

- Reducir el uso de materiales peligrosos.

- Invertir en I+D (Investigacin y Desarrollo) para la obtencin de nuevos materiales yprocesos de fabricacin respetuosos con el medio ambiente.

- Planificacin e integracin del reciclaje, tratamiento de residuos y reutilizacin demateriales desde el diseo del producto hasta el final de su ciclo de vida.

Concepto Diseo y fabricacin consciente del medio ambiente.

Concepto Diseo para el medio ambiente o Diseo verde: este mtodo intenta anticiparse al

impacto negativo que la fabricacin de un producto, su uso y desuso pueda tener el medio ambiente,definiendo y aplicando las medidas correctoras oportunas. Objetivos: evitar la contaminacin,promover el reciclaje y la reutilizacin de los residuos (Diseo para el reciclaje).


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Fabricacin y los ordenadoresCon el desarrollo de los ordenadores (software y hardware) y su integracin en los sistemas

productivos y en la industria, se ha extendido la denominada Manufactura o Fabricacin Asistidapor Ordenador (CAM), donde se integra el hardware y el software desde la concepcin de un

producto (su diseo) hasta su fabricacin y distribucin en el mercado, ventajas.- Capacidad de respuesta a los cambios de demanda del mercado y del consumidor.

- Optimizacin en el uso de materiales, herramientas, utillaje y personal.

- Mayor control sobre la produccin y la administracin.

- Produccin de alta calidad a bajo coste.

Algunas de las aplicaciones ms importantes:

- Control Numrico por Computador (CNC): sus inicios remontan a la dcada de 1950, se

basa en el control del movimiento de mquinas-herramienta mediante la codificacin de lasrdenes en forma de cdigos numricos.

- Control Adaptable (AC): los parmetros que regulan un proceso de fabricacin se regulany ajustan de forma automtica para optimizar la velocidad de produccin y la calidad del

producto, minimizando su coste. En el control se integran sensores que monitorizandiferentes variables (fuerza, temperatura, acabado superficial, dimensiones de las piezas)en funcin de las cuales se regulan los p armetros del proceso.

- Robtica Industrial: sus inicios se remontan a la dcada de 1960, sustituyen la mano deobra humana en tareas peligrosas y/o repetitivas, reduciendo los errores humanos, lavariabilidad en la calidad de produccin y aumentando la jornada de trabajo, aumentando la

productividad.- Manejo automatizado de materiales: manejo eficiente de materiales y componentes:

transporte de materiales de un puesto de trabajo a otro

- Sistemas de ensamblaje automatizado o robotizado.

- Planificacin de procesos asistida por ordenador: se optimiza la productividad de unproceso mediante la planificacin de todo el proceso, reduciendo costes.

- Tecnologa de grupos: se agrupa la fabricacin de piezas o componentes similares enfamilias o grupos (por similitud en su modo de fabricacin). Se estandarizan los diseos y la

planificacin de la produccin.

- Sistema de fabricacin Justo a Tiempo (Just in Time): la materia prima, los componentesy partes de un producto se suministran en cada fase productiva justo en el momento en elque hacen falta. Los componentes y partes se fabrican justo en el momento que hace falta.Los componentes y piezas se fabrican justo en el momento que los necesita el cliente. Seelimina o reduce al mnimo el almacenaje de productos. La calidad del producto se verificaen cada puesto de trabajo, cada puesto es responsable de la calidad en ese momento (lacalidad no se verifica solo al final del proceso). Este sistema tiene su origen en Japn, dondela disponibilidad de suelo industrial es reducida. M todo Sakichi Toyoda:

o Just In Time () Justo a Tiempo.

o Kanban (, tambin) Tarjeta, o ficha.

o Muda (, tambin) Despilfarro.


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o Heijunka () Nivelado de la produccin

o Andon () Pizarra.

o Poka-yoke () evitar (yokeru) errores inadvertidos (poka).

o Jidoka () No dejar pasar el error.

o Kaizen () Mejora Continua.

- Manufactura o Fabricacin Celular: se utilizan estaciones de trabajo o Celdas deFabricacin (con varias mquinas-herramienta) controladas por un control central. Cadamquina realiza una operacin diferente.

- Sistemas de Fabricacin Flexible: integran Celdas de Fabricacinen un sistema superior,

todos ellos gestionados o controlados por un control central. Son sistemas costosos, pero queson muy flexibles a la hora de cambiar el tipo de producto producido.

- Sistemas Expertos: sistemas informticos capaces de realizar tareas y resolver operacionescomplejas igual que lo haran expertos en la materia, pero con una capacidad mucho mayor.

- Inteligencia Artificial: uso de mquinas y ordenadores para reemplazar la inteligenciahumana. Sistemas que sean capaces de aprender de su entorno y tomar decisiones. LasRedes Neuronales Artificiales tratan de simular el razonamiento humano aplicado amodelar y simular procesos de fabricacin, controlarlos, diagnosticar p roblemas

Clasificacin de los niveles de automatizacin en fabricacin industrial:- Trabajos de Taller: se utilizan mquinas herramienta y centros de mecanizado con elevada

participacin de la mano de obra. Son muy flexibles pero con baja productividad.

- Produccin autnoma de NC: utiliza mquinas de Control Numrico, pero con elevadaparticipacin tambin de la mano de obra. Aumenta la produccin con respecto al anterior,pero baja bastante la flexibilidad.

- Celdas de manufactura: utilizan conjuntos de mquinas con control integrado porordenador y manejo flexible de materiales (incluso con robots industriales). Aumenta la

produccin con respecto los anteriores y mejora la flexibilidad con respecto al anterior.

- Sistemas flexibles de fabricacin: utilizan control por ordenador en todos los aspectos de lafabricacin, incorpora varias celdas de manufactura y sistemas automatizados de manejo demateriales. Aumenta la produccin con respecto a los anteriores y alcanza niveles deflexibilidad similares al primero.

- Lneas Flexibles de fabricacin: organiza la maquinaria controlada p or ordenador en lnea,disminuye la flexibilidad con respecto al anterior pero aumenta la productividad.

- Lneas de flujo y lneas de transferencia: agrupamientos organizados de maquinaria conmanejo automatizado de materiales y mquinas. Estas lneas suelen tener la flexibilidadlimitada, pues se busca elevadas p roductividades a costa de ser un sistema ms rgido.


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En general, ventajas de la automatizacin:

- Integracin de los diferentes aspectos relacionados con la fabricacin o produccin, semejora la calidad, uniformidad, tiempos de fabricacin, costes

- Mejora la productividad

- Mejora la calidad (mayor repetibil idad)

- Menor participacin humana (reduce error humano)

- Reduce prdidas de piezas de trabajo por dao o fallo

- Mayor seguridad para el personal

- Minimiza la necesidad de espacio.


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2TEMA 2: SISTEMAS Y PROCESOS DE

FABRICACIN. ORGANIZACIN DE LAPRODUCCIN

2.1 Introduccin a los Sistemas de Produccin y Fabricacin. Sistemas deFabricacin Flexible

Un Proceso de Fabricacin se puede definir como el conjunto de diferentes fases o etapassucesivas que tienen lugar en la operacin de fabricacin. Un proceso de fabricacin es aquel que,

partiendo de unas materias primas y aportando un valor aadido, obtiene un producto diferente queen principio satisface las necesidades del fabricante o del cliente.

El estudio de un Proceso de Fabricacin se centra en conocer las transformaciones que sellevan a cabo (fsicas, qumicas o de cualquier otro tipo). El objetivo de estudiar cualquier proceso

de fabricacin es analizar todas las etapas o transformaciones y la tecnologa implicada a cadaetapa, existiendo siempre un gran nmero de posibilidades para una misma operacin.

Un Sistema de Fabricacin se puede definir como el conjunto de entidades y componentes,fsicos o lgicos, que ordenadamente relacionados entre s contribuyen al objeto de la fabricacin.

El concepto Sistema de Fabricacin es ms amplio que el Proceso de Fabricacin, ya queincluye todo lo relativo al tipo de mquinas, mtodos, recursos, costes, plazos, calidad Se podradecir que unproceso de fabricacin es una parte de un sistema de fabricacin.

Por ejemplo, suponiendo el corte de una chapa:

- En el estudio del proceso de corte de una chapa se analizara el proceso en s, las

transformaciones sucesivas que tienen lugar y la tecnologa asociada a cada secuencia.Existen muchas posibilidades de realizar el proceso de corte: lser, plasma, oxicorte, cizalla,punzonado

- Desde el punto de vista del sistema de fabricacin, la perspectiva de estudio es ms amplia,abordando las diferentes alternativas relativas al tipo de mquina, mtodos, recursos, costes,

plazos, calidad

En un Sistema de Fabricacin podemos hablar del papel que juegan los sistemas detransferencia, los robots, el control numrico, el sistema de control de planta, el diseo asistido porordenador (CAD) o la fabricacin asistida por ordenador (CAM). Un tipo de sistema de fabricacin

particular que se estudiar ms en detalle es el denominado Sistema de Fabricacin Flexible.

*Estos conceptos se estudiarn en profundidad en la asignatura Fabricacin Industrial, de modo que en estetema se har una breve introduccin de cada uno.


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Sistemas de TransferenciaSuelen ser habituales cuando el nmero de piezas a fabricar es muy elevado. Presentan dos

componentes principales: el propio sistema de transferencia o transfer y las denominadasmquinas especiales .

En principio se usaban mquinas universales capaces de realizar un gran nmero deoperaciones; pero cuando en un puesto de trabajo se realiza una operacin sencilla, como untaladrado, no se justificaba la inversin. Las mquinas especialesestn diseadas especficamente

para realizar una tarea concreta. Es comn agrupar sobre una misma mquina operaciones de lamisma naturaleza (taladradoras multi-husillos, tornos con cambio de herramienta mltiple, fresascon varios cabezales); de esta agrupacin surgen las unidades autnomas de trabajo ocabezales especiales(elemento bsico de una mquina especial).

Unidades autnomas de trabajo o cabezales especiales: estn compuestas por elementosmecnicos motorizados provistos de un eje giratorio portaherramientas (unidad de giro); alojadosen un bloque que permite hacer desplazamientos de avance y retroceso (unidad de avance).

Operaciones comunes: taladrado, roscado, fresado, ranurado, refrentadoTipos de mquinas:

- Mquinas especiales de puesto fijo (la pieza de trabajo permanece fija y se realizan lasoperaciones necesarias). Diseadas para producir un producto estndar. Aunque los

parmetros de produccin (velocidad, avance, profundidad de corte) se pueden modificar,suelen ser mquinas poco flexibles y muy especializadas. No suele ser posible modificarlas

para producir una pieza diferente de la ya preestablecida.

- Mquinas de transferencia: se utilizan para mover las p iezas de un lugar a otro: rieles (Fig.1a); mesas giratorias (Fig. 1b); trasportadores o bandas transportadoras areas. Pueden ser:abiertas (lineales o en U) o cerradas (circulares). Las lineales son menos flexibles pero

permiten un mayor nmero de puestos de trabajo que las circulares o en U.

Cabezales

Cabezales

Piezas de

trabajo

Piezas detrabajo

TarimaMesaGiratoria

Figura 1. Transferencia lineal (a); Transferencia circular (b). (Fuente [1])

Ventajas de este tipo de mquinas:

- Reduce la mano de obra, el consumo de tiles, la superficie necesaria, el tiempo defabricacin, gastos de mantenimiento, p iezas defectuosas.

- La normalizacin de los componentes bsicos de este tipo de mquinas hace que estossistemas de fabricacin sean muy flexibles, pudiendo adaptarse a los cambios exigidos porel mercado (No confundir con la poca flexibilidad de las mquinas especiales de puesto fijo;aunque estas mquinas consideradas individualmente sean poco flexibles, al conjunto se leconsidera bastante flexible).

- Gran uniformidad en la calidad y acabado de las piezas.


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Robots (breve introduccin)Autmata: mquina que imita la figura y movimientos de un ser animado, trmino utilizado ya

en la antigua Grecia.

Robot : trmino utilizado por primera vez en 1921 en la obra Rossums Universal Robot del

escritor checo Karen Capek (1890-1938). El trmino podra haber cado en desuso si no hubierasido tan recurrido en los escritos de ciencia ficcin. El escritor ruso Isaac Asimov (1920-1992) fueel mximo impulsor del trmino robot, fue quien enunci por primera vez las tres leyes de larobtica:

1. Un robot no puede perjudicar a un ser humano, ni con su inaccin permitir que un serhumano sufra dao.

2. Un robot ha de obedecer las rdenes recibidas de un ser humano, excepto si tales rdenesentran en conflicto con la primera ley.

3. Un robot debe proteger su propia existencia mientras tal proteccin no entre en conflictocon la primera o segunda ley.

Telemanipuladores: pueden considerarse los antecesores de los robots. Surgieron de lanecesidad de manipular material radioactivo sin peligro para el operador. El primer manipuladorconsista en un sistema mecnico maestro-esclavo. El maestro situado en zona segura era movido

por el operador, el esclavo un ido mecnicamente con el maestro reproduca los movimientos delmaestro para manipular el material radioactivo. De la unin mecnica se pas al uso de latecnologa electrnica y el servocontrol. La evolucin de los telemanipuladores no ha sido tandestacada como la de los robots, quedando los primeros limitados a su uso en la industria nuclear,militar, espacial Los telemanipuladores necesitan la presencia del maestro-operador que los

maneja. Al sustituir al operador por un ordenador que controla los movimientos se pas al conceptode robot.

Figura 2. Telemanipuladores.

Los robots ms conocidos quizs sean los denominados robots industriales o robots deproduccin, ligados a la fabricacin industrial. Tambin nos encontramos con los robots de servicioo robots especiales, que poco a poco se van incorporando a la vida cotidiana de las personas (robotsde asistencia personal, de ayuda para discapacitados).


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Definicin de Robot industrial: existe cierta controversia a la hora de definir el concepto derobot industrial, ya que puede variar de un pas a otro.

- Para Japn un robot industrial es cualquier dispositivo mecnico destinado a la

manipulacin.- En occidente se exige una mayor complejidad sobretodo en lo relativo al control.

- Segn laAsociacin de Industrias Robticas (RIA): un robot industrial es un manipuladormultifuncional reprogramable, capaz de mover materias, piezas, herramientas odispositivos especiales, segn trayectorias variables, programadas para realizar tareasdiversas.

- Segn la Organizacin Internacional de Estndares (ISO): un robot industrial es unmanipulador multifuncional reprogramable con varios grados de libertad, capaz demanipular materias, piezas, herramientas o dispositivos especiales segn trayectoriasvariables programadas para realizar tareas diversas.

- Segn laAsociacin Francesa de Normalizacin (AFNOR):

o Manipulador: mecanismo formado generalmente por elementos en serie, articuladosentre s, destinado al agarre y desplazamiento de objetos. Es multifuncional y puedeser gobernado directamente por un op erador humano o mediante dispositivo lgico.

o Robot: manipulador automtico servocontrolado, reprogramable, polivalente, capazde posicionar y orientar piezas, tiles o dispositivos especiales, siguiendotrayectorias variables reprogramables, para la ejecucin de tareas variadas.

- Segn laFederacin Internacional de Robtica (IFR): por robot industrial de manipulacinse entiende a una mquina de manipulacin automtica, reprogramable y multifuncional contres o ms ejes que puedan posicionar y orientar materias, piezas, herramientas odispositivos especiales para la ejecucin de trabajos diversos en las diferentes etapas de la

produccin industrial, ya sea en una posicin fija o en movimiento.

Clasificacin de los robots industriales en generaciones:

- 1 Generacin: repiten una tarea programada secuencialmente. No tiene en cuentaalteraciones de su entorno.

- 2 Generacin: adquiere informacin limitada de su entorno y acta en consecuencia. Puedelocalizar, clasificar (v isin) y detectar esfuerzos y adaptar sus movimientos en consecuencia.

- 3 Generacin: se programan utilizando el lenguaje natural. Es capaz de planificar tareas deforma automtica.

Definicin de Robot de servicio: dispositivos electromecnicos mviles o estacionarios,dotados normalmente de uno o varios brazos mecnicos independientes, controlados por un

programa de ordenador y que realizan tareas no industriales de servicio. En esta categora entraranaquellos robots destinados a cuidados mdicos, educacin, domsticos, intervencin en ambientes

peligrosos, aplicaciones espaciales, submarinas, agrcolas. Esta clasificacin excluye a lostelemanipuladores.


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Estructura de un robot: un robot suele estar constituido por una serie de eslabones unidosmediante articulaciones que permiten el movimiento relativo de un eslabn respecto otro. Lasarticulaciones podrn tener 1 (prismtica), 2 (planar) o 3 (rtula) grados de libertad. El nmero degrados de libertad total del robot vendr dado por el nmero y tipo de articulaciones. En la Figura 3se muestran las configuraciones ms comunes en los robots. El grado de libertad de un robot se

define como el nmero de movimientos que puede realizar el robot en el espacio. La estructura delrobot industrial suele denominarse por brazoy mueca. Suelen tener 6 grados de libertad (3 en el

brazo y tres en la mueca).

Segn la estructura del robot, se puede considerar cuatro estructuras bsicas:

- Polar: el brazo telescpico describe o se mueve en un volumen de una esfera o semiesfera.

- Cilndrica o tipo SCARA: el extremo del brazo o actuador puede moverse en el volumencomprendido entre dos cilindros concntricos.

- Cartesiana: el extremo se puede desplazar en el volumen incluido en un paraleleppedo.

- Antropomrfico, de brazo articulado o angular: generalmente con la forma de un brazohumano.

Figura 3. Principales configuraciones en robots industriales. (Fuente [3] )

Volumen de trabajo: se refiere al espacio fsico que es accesible por el robot (por el actuadorfinal del robot).

Figura 4. Volmenes de trabajo para diferentes configuraciones de robots.

5/24/201

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