Capitulo
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Intro In trod ducc cci6 i6n n a 10s sistemas modern rno os de manufactura manufactu tur r a L a manufac
es el pro roce ces so pa par r a tr ansf ansf orm rma ar la mate teri ria a pri rim ma en pro rodu duct ctos os tit titile iles s med edia iant nte e el em em pl pleo eo d e la las s maqu maquiinas-herramien erramienta ta por par te de dell ho hom mbr e. En su sus s ori rig genes es,, la manufact nufactur ur a se lle lev vab aba a a ca bo co con n si sim m pl ple es herram rramiientas de mana (d e ah ahii el te ter r min ino o manu nuf f actura en su orige origen) n);; pero con la acum umulac ulacion ion grad gradual ual de co cono noc cimien ento tos s, el hom omb br e ha de desarr sarr oll lla ado her ram ramie ient nta as, maqu quiinas as,, materiales y tecnicas tecnic as q ue ue en la actu tua alid ad Ie pe perm rmiiten fabr icar icar ar artt1culos 0 pr od uct cto os a gr an an velocida ocidad, d, alta pre prec cision y a gr an escala, d and ndo o como re res sultad o el desa desar r ro ll llo o de los los sis si stema temas s mod er nos nos de man manufa ufactu ctura. ra. En 10s in inic icio ios s d e la la manu manufactura, factura, la cal aliid ad ad de 10 10s s p pr r oduct ducto os dependia en gra grado sum umo o d e la ha bi billidad del o p perar erar io, 10 10cual cual im impli lica ca b ba a serias limit itac aciiones par a pr od uci cir r pro p rod d uct cto os d e calid idad ad,, barato aratos s y en gr ande andes s vo volti ltim menes. El d esar r rollo o llo de 1a 1as s maqui aquina nas s y d e la tecni ecnica ca hicie iciero ron n posible el empleo d e perso erson nas con poc oca a habil habilidad , el el au aum men entto de 10s v0 v01 1timene timenes s d e producc cciion y la r ed uccion de los los cost sto os de fa fabr bric icac acio ion n y el mejor mejo r ami amiento de la cali lid d ad de los pr od od uctos os.. Con ello se eli lim min ina an, la fa fattig iga a y lo los s er r ro r es es hum umanos anos.. .
I)esck
la al11igtiedad el hombr e se ha sentido fascinaclo por la~ maq uinas que imitan los movimientos, las funciones 0 los actos de 10s seres vivos. La realizacion d e mecanismos animad os a traves d e d ispositivos hidr iulicos, neumaticos 0med iante poleas, palancas, tor nillos, engr anajes, levas y r esortes, han sido constantemente utilizad os d esd e la antigtiedad para este fin. Dedalo, por e jemplo, construyo estatuas q ue se movian solas. Ar qu imedes (287-212 a. d e].e.) descubr io su famoso pr inci pio e invento la leva, el resorte y el tornillo sin f in. Pero f ue hasta mucho mas tard e, cuand o el per feccionamiento de la mecanica permitio construir automatas complejos. Dichas constr ucciones se dieron en los siguientes cam pos: 1.- Religioso
e histor ico: construccion de monumentos. 2.- Astronomia: construccion de modelos. 3.- Entr etenimiento: fa bricacion de d ispositivos. 4.- Decoracion: f abr icacion de ad ornos. 5.- El hombr e: constr uccion de android es mecanicos. El pr imer automata digno d e mencion f ue el galla de la catedr al de Estr asburgo (construid a en 1354) q ue a parece al dar la hor a, batiend o las alas y cantando. En el renacimiento, los progr esos tecnologicos f uer on de im portancia, por ejem plo, Leonardo construyo un leon animado. En el siglo XVIII, el fr ances Vaucanson construyo una serie d e automatas d estinad os a la corte 0 para servir d e atraccion en las ferias. De este modo el d esar rollo d la mecani d preci i i l h osibl l d d l
IJccho q ue d bloq ue d e metal forjad o 0f undid o que d c be ser tr a bajado opor tunamente, se coloca en la maq uina con un posicionamiento inicial ( primera estacion) y as! sllccsivamente es transf er id o automiticamcnte d e una estaci6n a otra, en cada una d e las cuales se completa un par ticular ti po de operaciones tales como: f re sado, barrenado, mandrilad o, roscado, etc. La necesid ad d e maq uinas f Lexibles y versatiles para la fabr icacion d e pequenos lotes de piezas diver sas, series medianas, prototipos y piezas {micas, d emandaron maquinas d e alta precision q ue d esvinculara al hombre de la maquina; misma que se d eja al operad or solamente par a su pervisar ia. Ell0 ha determinado el empleo de las maq uinas-herr amienta con control numerico, q ue en sus inicios se utilizaron para resolver pro blemas d e manu factur a muy complicad os como son los per files utilizad os en la ind ustria aer onautica. Es asi como apar ecen las maq uinas-herramienta de contr ol numerico; y se les llama asi porq ue las inf ormaciones proporcionad as ala maquina (posicionamiento de la mesa, des plazamientos d e la misma, velocidad de rotacion, avance de la her ra mienta, ti po de herr amienta, ete.) se r ecaban del d i bu jo de la pieza y d el cicIo de f a br icacion de la pieza, y memor izad as en f orma numerica se cod if ican en la cinta perforada 0 en cinta magnetica. Aesta fase, se Ie consider a como fase de pr ogr amacion que produce como r esultado f inal la cinta per fo r ad a. Esta cinta sustituye al dibu jo, que intr oducida en la unid ad d e gobierno de la maq uina es leida en f orma automatica e interpretada y tr ansformad a en senales q ue, am plificadas, accionan 10s servomecanismos de la maq uina determinand o 10s movimientos de traslacion y de rotacion necesar ios par a el funcionamiento y el movimiento relativo her ra mienta-pieza. En el ano d e 1947 un pequeno constructor americano d e helices para helico pter o,
En J 964 la demand a de m{tq uinas-her ra mienta d e Contr ol Numer ico (MH/C N) er a gr and e y hacia fines d e aq uel ano el mer cado mund ial d e las mismas aumenta ba a ')KOO unid ad es. En diciembr e de ] 979 se ha estimado la distribuci6n d e MII/C N en 120,000 unid ades. Asf sigui6 cr eciendo la d emand a de MH/CN d e modo q ue el empleo d e estas maquinas d io por terminad o el cicio hist6r ico de las maq uinas-her ra mienta convencionales.
Con la apar ici6n de la com putad ora y del avance d e las teod as modernas d e control, los procesos industr iales d ieron un gr an salto hacia ad elante. La computad ora dio un im pulso d ecisivo en la gesti6n de producci6n, en el d iseno de nuevas piezas y en el contr ol de los pr ocesos. La gesti6n de prod ucci6n por computadora vino a f acilitar el manejo d e inf ormaci6n de existencias y de 105 pr oductas manuf actur ados asi como d e las o peraciones a r ealizar d e 10s productos q ue se van a manuf actur ar. El diseno de nuevas piezas por computad or a ha revolucionado la industria d el autam6vil, de los electrodomesticos y de otr os al r ed ucir se d ri sticamente el tiem po d e cr eaci6n d e una pieza asi como su conexi6n alas maquinas que la fa br ican. El contr ol d e procesos por com putador a ha hecho posi ble me jorar nota blemente la calidad , la segurid ad y la red ucci6n de costas en energia, pr oducci6n y mantenimiento.
pr oycctos utiliza ba una pluma sensi ble ala luz para su activaci6n. La computadora cstaba preparad a para q ue a partir d e los trazos a pr oximados del diseilador r econsruycr a la pieza. A estc sistema se Ie conoce hasta hoy como DiseflO Asistido por I Computador a (cAD-Computer Aieled Design). Mas tar de se incorpor 6 al CADla posibilid ad de la integraci6n en la fa brica, asistiendo al disefiad or para obtener el progr ama de maquinado d e las maquinas-herramienta q ue intervienen en la fabr icaci6n d e las partes a manufactur ar, asi como la manipulaci6n de las mismas, ya sea por d is positivos especiales 0med iante robots. A este segundo sistema se Ie denomina Manufactl..ir aAsistida por Com putad ora (CAMComputer Aided Manufactur ing).
Los sistemas CAD,CAM Y los Robots, son actualmente sistemas de automatizaci6n avanzados, en los que las computador as son parte esencial de su control. Las computadoras, por consiguiente, como par te decisiva de la manufactura automatizada, controlan sistemas de manufactura aut6nomos, tales como maquinas-herramienta, soldadoras, cortadoras laser , robots industriales y maquinas de ensamble; asimismo, contr olan line as de pr oducci6n. La tendencia de estos sistemas es la integraci6n para el control total d e la fabrica en todas sus funciones, eliminando papeleo y la intervenci6n humana en los procesos de producci6n; desde el disef io, pasando por la planificaci6n de la pr oducci6n, hasta las pruebas para asegurar la calidad d e los productos. Aestos sistemas se les conoce como "Sistemas de Manuf actura Integrad os por Computadora" (CIM-Computer Integr ated Manufacturing), ter-
La manufacLura siempr e ha sido, yes en la actualid ad, un arte en pleno desarrollo y cam bio. Los procesos en las ultimas decad as han cambiado a pasos agigantados; sin embargo, 10s pr incipios fundamemales d e manufactura son 10s mismos, de ahi 1a importancia de que consid er emos 10s procesos de manufactura convencionales d e mayor utilizacion en el am bito ind ustrial.
Desde el punto d e vista de la for ma de producir las partes, 10s procesos d e manufactur a se clasifican de la siguiente maner a: • • • • • • • • • • •
Pr ocesos Pr ocesos Pr ocesos Procesos Pr ocesos Pr ocesos Pr ocesos Pr ocesos Procesos Procesos Procesos
d e d e de de d e d e de de de d e de
conf or mado f und icion formad o maq uinado ens am ble soldadur a union mecanica union con adhesivos acabado lim pieza r evestimiento
E s(am pad o en calient e. Consiste en im pr imir en caliente en UI1molde 0 estam pa Ia contllrmaci6n d e l 11:1 pieza. No es mas que un f or jad o mecinico ell el q ue la acci6n de una f uer za exter ior ( prod ucid a por la masa d el mar tincte) im pr imc una d eter minad a f orma en un d ememo denominado estampa. Este proced imicmo se emplea par a piezas r egular es, las cuales, aun pud iend o o btener se por tor neado, d eben pr esentar car acteristicas d e elevada r esistencia mecanica. E st ampado en frio. Consiste en obtener de una cha pa piezas d e forma def inid a. El estam pad o en fr io se clasifica en tr es r amas pr iIi.cipales: cor te, d oblad o y embutido. E mbut ido est ir ad o. Es un pr ocedimiento d e conf or maci6n por d eformaci6n plastica, que consiste en hacer pasar el material de a portaci6n a tr aves de una matriz d e for ma d eterminad a. Doblad o. Es una o per aci6n que consiste en tr ansf or mar una chapa plana en otr a de per fil d iver so sin cambiar el espesor . Este pr oced imiento se lleva a ca bo con la ayuda de un d ad o y un punz6n par a d o blado. Pun zonad o. Es el pr ocedimiento para cor tar chapa por medio d e un tr oquel com puesto esencialmente por una matr iz y un punz6n para corte. Con este proced imiento se pueden ef ectuar perforaciones en la lamina de f or mas diversas. Estirado. Es un proced imiento a 10 largo d e un eje.
que se lleva a cabo obligand o al mater ial a d o blarse
conf ormar la a la configuracion d el mandril. La pr esion puede aplicar se con un rod illo (herr amienta d e r echazar) contra la pieza en rotacion. La Figura 1.3 ilustra algunos d e los pr ocedimientos de vir uta mencionados anteriormente.
d e manufactur a sin arr anq ue
Figura 1.3. Procesos basicos de manuf actura sin arr anq ue d e viruta
2 rE
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Torneado. Es la o peracion q ue consiste en perf ilar un solido de r evolucion mediante el empleo de la maq uina-herramienta denominada "torno" y mediante el accionamiento d e una herramienta monocortante. El movimiento principal 10 tiene la pieza en rotacion; el movimiento de alimentacion (avance) 10 tiene 1aherr amienta. Otras o peraciones d e tor neado son: caread o, roscado exter ior e interior , tronzado, ete.
Taladrado. Es la oper acion que consiste en pr actical' un agujero cilindrico en un cuerpo metalico 0en cualquier otr o material no metalico.Esta operacion se efectua pOl' medio de una herramienta Hamada broca. E1movimiento pr inci pal d e r otacion y el d e alimentacion es ef ectuad o porIa her ramienta q ue gir a a1r ed edor de su propio e je y avanza practicando el agujer o en la pieza. Otras operaciones d e taladr ado son: centr ado, roscado con machue10, car ead o, aveHanado, mandrilado, escariado, etc.
Mandrilado. Es la o per aci6n que consiste en agr andar un agu jero cilindrico con una her ramienta mono cor tante montad a so br e una barra, que se introduce en el agu jcr o previamente r ealizad o con otra herramienta (broca u otr a balTa de mand ri lad o de med id a pr evia) Esta oper aci6n, ad emas d e agr andar el agu jer o, per mite o btcner pr ecisi6n y buen aca bad o su per ficial en el agujer o pr acticado. El movimiento principal 10 asume el mand ril porta-herr amienta (que gir a alr ed edor d e su e je), mientras q ue el movimiento de avance 10 tiene la pieza. El mandr ilad o puede efectuarse en el tor no, en el talad ro 0en una nraq uina Hamada mandr inad or a.
ncar vimta hor izontalmente par a C e pillado. Es la o peraci6n q ue consiste en ar ra o btener una su per ficie plana 0 per filad a en un cuer po. Aesta o peraci6n se Ie conoce como limado cuand o las piezas a tr a ba jar son d e d imensiones med ias. Se Ie llama cepiHado cuand o las piezas a tr aba jar son de grand es d imensiones. En el limado el movimiento princi pal (alter nativo d e id a y vuelta) 10 asume la her ra mienta, mientras que el movimiento secundario d e alimentaci6n (avance) 10 asume la pieza. En el ce pillado 0 planead o, el movimiento principal 10asume la pieza, mientras que el movimiento secundar io d e alimentaci6n 10 asume la her ramienta. ncar la vimta mediante her ramientas circular es multiF resad o. Consiste en ar ra cortantes (var ios f ilos d e cor te) denominadas f re sas. Med iante esta operaci6n pued en generar se su perf icies planas, r anuras, per fi les d e for mas diversas, etceter a. El movimiento principal es sumido por ia her ramienta que gira so bre su pr opio eje. El movimiento secund ar io es asumido por ia pieza, la cual estand o su jeta en la mesa de la maq ina pasa tangencial 0f rontalmente d elante de la fresa q ue gira arr ancand o
Ascrrado. Es la operaci6n que consiste en eliminar metal por la acci6n de un sinnumero de dientes pequel10s, que acttlan en linea angosta, eliminand o solamente LIlla pcq uefla par te d el mater ial a cor tar o
La Figura 1.4, ilustra algunos de los pr ocesos de maquinado por arr anque de vimta que se mencionaron anter ior mente.
Figura 1.4. Procesos bisicos
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de manufactura con arranque de viruta
DE CORTE
HERR AMIENT A DE CORTE
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Otros pr ocesos basicos de manufactura, de amplia utilizaci6n y que describiremos en for ma muy general, son los siguientes:.
Procesos de maquinado especiales. Estos procesos se emplean para eliminar y conf ormar metales duros que no pueden trabajar se f acilmente. Estos maquinados se llevan a cabo por metodos electr icos y quimicos. En los electricos se incluye: maquinado por electroerosi6n, maquinado electroquimico y el esmerilado electroLitico. En los quimicos, que eliminan el material disolviend olo, incluyen: maquinado fotomord entado y el fresado por via quimica.
Procesos de ensamble. Consisten en la union de d os
mas par tes para for mar un conjulltoo subconjunto cor npleto. La union se puede llcvar a cabo por soldadur a, union mecanica 0 por adhesivos. 0
Procesos de acabado. Mediante estos pr ocesos, se limpian, pr otegen y d ecoran las superficies de las partes 0 pr od uctos ter minad os. La limpieza climina mugre, aceitcs, gr asas, incr ustaciones, costr as y her rum br es con el fin de pre parar las superficies para tratamientos ad icionales, tales como, proteccion contr a el d eter ioro y d ecoracion par a aumentar el atractivo estetico.
Pr()cesos de ensamble. CC)fisistenen la union d e d os 0mas panes para f or mar un con junw'o subconjunto completo. La union se puede llcvar a cabo por solclad ura, union mecanica 0 por ad hesivos. Procesos de acabado. Med iante estos procesos, se limpian, pr otegen y d ecoran las superf icies de las par tes 0 pr od uctos ter minados. La limpieza climina mugr e, aceitcs, grasas, incr ustaciones, costr as y her rum br es con el fin de pre parar las su perficies para tratamientos adicionales, tales como, pr oteccion contr a el d eter ioro y d ecoracion par a aumentar el atr activo estetico.
