Procesado de Chapa _Introd.

INTRODUCCIÓN. ¿Qué es la manufactura? Revisando algunos objetos que hay a nuestro alrededor (reloj, móvil, silla, lata de refresco, ordenador, etc), podemos observar que tienen diferentes formas y que no se encuentran en la naturaleza. Se han transformado en diferentes formas a partir de materias primas y ensamblado. Notamos fácilmente que algunos objetos están hechos de una sola pieza, como clavos, tornillos, tenedores, etc. Si embargo, la mayoría de los objetos como los motores de automóvil (inventados en 1876), lavadoras (1910), tostadoras (1926), aparatos de aire acondicionado (1928), frigoríficos (1931), bolígrafos (1938), fotocopiadoras (1949) y miles de otros productos, se construyen mediante ensamblado de varios componentes, fabricados de distintos materiales. Manufactura , en sentido amplio, es el proceso de convertir materias primas en productos. productos. También comprende actividades en que el propio producto fabricado se usa para elaborar otros productos. Los ejemplos podrían incluir a las grandes prensas que forman láminas metálicas usadas en accesorios y carrocerías para coches, máquinas para fabricar tornillos y tuercas. El nivel de manufactura de una nación se relaciona directamente con su salud económica; por lo general, cuanto mayor es su actividad manufacturera, mayor será el nivel de vida de un país. Número de componentes de diferentes objetos: Podadora Piano de cola Automóvil Boeing 747

300 12000 15000 >6000000

La palabra manufactura se deriva del latín manu factus , que significa “hecho a mano”, y apareció por primera vez en escritos de 1567. Debido a que suelen pasar por varios procesos en los que las materias primas se convierten en productos útiles, los artículos manufacturados adquieren un valor, definido como precio de venta. Por ejemplo, como materia prima para productos cerámicos, la arcilla tiene un pequeño valor al extraerla de la cantera. Cuando se convierte en la parte cerámica de una bujía, un vaso, un aislante eléctrico, etc, se agrega valor a la arcilla (valor agregado). Así, vemos que la manufactura tiene la importante función de agregar valor. En general, la manufactura es una actividad compleja que comprende una amplia variedad de recursos y actividades : actividades : 

Diseño del producto.

Procesado de chapa. Introducción

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Maquinaria y herramienta. Planeación del proceso. Materiales. Compra. Fabricación. Ventas. Servicios al cliente.

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Es fundamental que la manufactura responda a los siguientes requerimientos : 1 .- Un producto debe satisfacer totalmente los requisitos del diseño, especificaciones y normas. 2 .- Un producto debe manufacturarse mediante los métodos más económicos y respetuosos con el medio ambiente. 3 .- La calidad debe integrarse al producto en cada etapa, desde el diseño hasta el montaje. 4 .- En el muy competitivo ambiente actual, los métodos de producción deben ser lo suficientemente flexibles para responder a las cambiantes demandas del mercado, a los tipos de productos y a las capacidades de producción, a fin de asegurar una entrega oportuna al cliente. 5 .- Las actividades de manufactura deben verse como un gran sistema, cuyas partes se relacionan entre sí en grados variables. 6.- El fabricante debe trabajar con el cliente para obtener una retroalimentación oportuna y conseguir así una mejora continua del producto. 7.- Una organización manufacturera debe luchar constantemente por obtener mayores niveles de productividad, que se define como el uso óptimo de todos los recursos: materiales, máquinas, energía, capital, mano de obra, etc.

Breve historia de la manufactura. Se originó entre los años 5000 y 4000 a.C. Las marcas y dibujos en las cuevas primitivas hacían necesario la fabricación de herramientas apropiadas para esas aplicaciones. Los primeros materiales usados para fabricar utensilios domésticos y objetos ornamentales fueron el oro, cobre, hierro, plata, plomo, estaño, latón y bronce. Hasta la Revolución Industrial (Inglaterra, 1750), los bienes se producían en lotes. La mecanización moderna comenzó en Inglaterra con el desarrollo de la maquinaria textil y de las máquinas herramientas para cortar metales. En 1800 se produjo un gran avance en el diseño, fabricación y uso de partes intercambiables, antes era necesario el ajuste a mano. A inicio de la década de 1940 se desarrollaron los ordenadores tal y como los conocemos actualmente, que han hecho que los sistemas de manufactura hayan avanzado tanto que, por ejemplo, las latas de aluminio para bebidas se fabrican a velocidades de 500 uds/min, y las bombillas a más de 2000. Procesado de chapa. Introducción

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Ejemplo: Clip. Los clips o sujetadores para papel, fueron desarrollados por el noruego Johan Vaaler que los patentó en los Estados Unidos en 1901. Supongamos que queremos diseñar y producir clips. ¿Qué tipo de material elegiríamos para hacer este producto tan simple? ¿Debería ser metálico o no? Si elegimos metal ¿qué tipo? Si tiene forma de alambre ¿cuál sería su diámetro? ¿Debería ser redondo o tener otra sección transversal? ¿Son importantes el acabado superficial y la apariencia del alambre? ¿Cómo le daríamos al alambre la forma de clip? ¿Lo fabricaríamos a mano o qué tipo de máquina especial diseñaríamos y fabricaríamos, o compraríamos para fabricarlo? Si fueras propietario de una empresa fabricante y recibieras dos pedidos, uno por 10000 clips y el otro por 10 millones de clips, ¿sería diferente su método de fabricación?. Obviamente, el clip para sujetar papel debe cumplir su requisito funcional básico : mantener juntas unas hojas de papel con la suficiente fuerza de sujeción para que no se separen. Por consiguiente, debe diseñarse de modo apropiado, particularmente en cuanto a forma, tamaño, textura y apariencia. El material seleccionado debe tener cierta rigidez y resistencia. Por ejemplo, si la rigidez (medida inversa de cuánto se flexiona cuando se somete a una fuerza) es muy grande, tal vez los usuarios requieran un nivel de fuerza incómodo para usar el clip. Al igual que se necesita mayor fuerza para estirar o comprimir un resorte rígido que para hacerlo con uno más suave. En cambio, si la rigidez del sujetador es demasiado pequeña, no ejercerá la suficiente fuerza de sujeción sobre el conjunto de papeles.


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Después de terminar el diseño del clip, debe buscarse el material adecuado, para ello requerimos saber la función y los requisitos de servicio del producto. Elegiremos, preferentemente, materiales que estén disponibles comercialmente, materiales resistentes a la corrosión, para que la oxidación no deje marcas en el papel. Debemos hacernos muchas otras preguntas respecto de la producción de clips. ¿Podrá el material elegido soportar el doblado durante la fabricación sin agrietarse ni romperse? ¿Podrá cortarse fácilmente el alambre sin desgastar en exceso la herramienta? ¿El corte producirá una arista lisa en el extremo del alambre, o dejará una rebaba afilada que podrá pod rá interferir en el uso del clip? Finalmente, ¿Cuál es el método de manufactura o fabricación más económico, a una capacidad de producción deseada, para que pueda ser competitivo en el mercado? Por todo esto, debemos seleccionar cuidadosamente un método de fabricación adecuado, así como las herramientas, maquinaria y equipos necesarios.

Ejemplo: Bombillas. Edison (1847 – 1931) fabricó la primera bombilla en 1879. Su principal inconveniente es que tenía una vida de solo 13,5 horas. Desde entonces se han hecho muchas mejoras en los materiales y en los métodos de fabricación de bombillas. En una bombilla, la parte emisora de luz es el filamento que se calienta y se pone incandescente al paso de la corriente y debido a su resistencia eléctrica. Alcanza entre 2200ºC y 3000ºC. La primera lámpara de Edison tenía un filamento de carbono y anteriormente había experimentado con papel carbonizado, osmio, iridio y tántalo. Pero ninguno de estos materiales tiene la resistencia mecánica, a la alta temperatura y la larga vida del tungsteno (W), que es el material utilizado. El primer paso en la manufactura de una bombilla consiste en fabricar el vástago de vidrio que soporta los alambres de entrada y el filamento, y los conecta a la base de la lámpara. Estos componentes se colocan, ensamblan y sellan mientras el vidrio se calienta con llamas de gas. Después se sujeta el filamento a los alambres de entrada. El conjunto terminado del vástago se transfiere a una máquina que baja un globo de cristal sobre él y con una llama, sella su cuello al aro de la montura. Se extrae el aire de la bombilla mediante un tubo de escape y luego se llena con gas inerte, que normalmente es una mezcla de nitrógeno y argón. Después se sella el tubo de escape. El siguiente paso consiste en sujetar la base a la bombilla usando un pegamento especial. La máquina que realiza la operación de sujeción también suelda los alambres de entrada a la base metálica para dar la conexión eléctrica. El filamento se fabrica comprimiendo primero polvo de tungsteno en lingotes y sinterizándolo (calentando sin fundir). Después se redondea el lingote y se le da forma de varilla mediante rotación, las varillas se estiran por medio de una matriz, en varios Procesado de chapa. Introducción

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pasos, para producir un alambre delgado que se enrolla para aumentar su resistencia y su capacidad de producir luz. El diámetro del alambre para una bombilla de 60 W es de 0,045 mm y debe controlarse de manera muy precisa, porque si es menor en un 1% la vida de la bombilla puede reducirse en un 25%. El espaciamiento entre las espiras también debe ser muy preciso, para evitar la concentración localizada de calor y con ello un posible cortocircuito. En general, los alambres de entrada se fabrican de níquel, cobre o molibdeno, y los alambres de soporte con molibdeno. La porción de alambre de entrada embutida en el el vástago se fabrica con una aleación de Fe – Ni, recubierta con cobre. El alambre tiene generalmente el mismo coeficiente de dilatación que el vidrio, lo cual impide que se generen esfuerzos térmicos que podrían hacer que se agrietara el vástago. La base de la bombilla suele hacerse de aluminio con recubrimiento. Normalmente, el cristal de las lámparas se fabrica soplando vidrio fundido en un molde. Se usan varios tipos de vidrio, dependiendo del tipo de bombilla. El interior del tubo puede ser translúcido, para reducir el brillo y difundir mejor la luz, o transparente.


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El proceso de diseño del producto. El diseño del producto es una actividad crítica, porque se estima que el 70 u 80% del coste del desarrollo y manufactura de un producto está determinado por las decisiones tomadas en las etapas iniciales del diseño. Este proceso comienza con el desarrollo de un concepto para un producto original. En esta etapa es altamente deseable, e incluso fundamental, un método innovador de diseño, para que el producto tenga éxito en el mercado y se obtengan grandes ahorros en coste de material y de producción. El diseño de un producto requiere una comprensión completa de sus funciones. El producto puede ser nuevo o una versión modificada de un artículo existente. El diseño de un producto comprende a menudo la preparación de modelos analíticos y físicos del mismo para estudiar factores como fuerzas, deformaciones, etc. La necesidad de dichos modelos depende de la complejidad del producto. Actualmente se usan técnicas de modelado y diseño asistidos por ordenador (CAD), ingeniería asistida por ordenador (CAE), fabricación asistida por ordenador (CAM). Por ejemplo, el avión Boeing 777 se diseñó en su totalidad por medio de ordenadores, con 2000 estaciones de trabajo conectadas a 8 servidores de diseño. A diferencia de los modelos anteriores, no se elaboraron prototipos o maquetas y el avión se construyó directamente a partir del software CAD/CAM desarrollado. Al usar ingeniería asistida por ordenador (CAE) es posible simular, analizar y probar eficientemente las estructuras sometidas a cargas estáticas o dinámicas y a gradientes de temperatura.


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Selección de procesos de fabricación. La producción de piezas exige una extensa variedad de procesos de manufactura en continua expansión, y por lo general hay más de un método de fabricación para cada pieza a partir de un material dado. Los métodos de fabricación pueden dividirse en: Fundición: de molde desechable desechable y molde permanente. Conformado: Laminado, forjado, extrusión, trefilado, conformado de lámina, metalurgia de polvos, etc. Mecanizado: torneado, mandrinado, taladrado, fresado, cepillado, escariado, rectificado, mecanizado ultrasónico, químico, eléctrico y electroquímico, por rayo láser, chorro de agua, etc. Unión: soldadura blanda, fuerte, unión por difusión, difusión, unión por adhesivos, unión mecánica, etc. Acabado: Lapeado, pulido, recubrimientos, recubrimientos, etc. Nanofabricación: Es la tecnología más avanzada, normalmente comprende procesos como técnicas de ataque, haces de electrones y rayo láser.

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Manufactura de una prótesis de cadera. Cada año se realizan millones de operaciones de reemplazo de cadera. Una prótesis de cadera consta de varios componentes, incluyendo un vástago, una bola, una cuenca y un recubrimiento. Nos vamos a centrar en el vástago metálico. La carga normal de la prótesis en cada paso es de 3 o 4 veces el peso del cuerpo, y cada año se dan aproximadamente 2 millones de pasos, por lo que el implante se somete a una carga de fatiga. Cuando se tropieza, la carga puede ser de 10 a 15 veces el peso del cuerpo. Una vez implantada, la prótesis se rodea de tejido y fluidos que pueden corroerla. Muchas prótesis de cadera se construyen con aleaciones de titanio o de cobalto – cromo, aunque también se usa el tántalo y los aceros inoxidables. Hay cuatro métodos fundamentales fundamentales para producir prótesis de cadera: Prótesis laminada y mecanizada: Se usa titanio en forma de barra laminada. Una preforma se produce mediante el corte con chorro de agua. La forma general de la prótesis se produce en una fresadora CNC. El vástago se termina mecanizándolo y puliéndolo para mejorar la resistencia a la fatiga y a la corrosión. Se hacen operaciones de limpieza, esterilización, etc. Prótesis forjadas y mecanizadas: Se mecanizadas: Se produce una preforma de una aleación cobalto – cromo, después se mecaniza con una fresadora CNC. Prótesis fundidas: Se Se produce por el método de la cera perdida, y se mecaniza para darle las tolerancias necesarias. Prótesis obtenidas por metalurgia de polvos: Una polvos: Una mezcla viscosa de polvo metálico y aglutinantes se inyecta en una cavidad.


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Manufactura de un salero y molino de pimienta. Un producto usado comúnmente en el hogar es el juego de salero y molino para pimienta. El de la figura contiene componentes metálicos y no metálicos, estos últimos se producen mediante el moldeo por inyección de un termoplástico, que tiene transparencia y que es fácil de moldear. La tapa del salero se fabrica con una lámina metálica y se recubre para resaltar su apariencia. La perilla en la tapa del molino se fabrica por mecanizado y se rosca en el interior para permitir atornillarla y desatornillarla. La varilla cuadrada que une la tapa del molino a las dos piezas de la parte inferior de la figura, se produce por laminado. Los dos componentes de molienda están hechos de acero inoxidable por medio de metalurgia de polvos, porque fundirlos o mecanizarlos habría sido muy costoso.

Diseño, manufactura y medio ambiente. Solo en USA, cada año se desechan 9 millones de coches y aproximadamente 300 millones de neumáticos, de los que 100 millones se reutilizan de diversas maneras. Cada año se desechan más de 5000 millones de kgs de productos plásticos. Cada 3 meses las industrias y los consumidores desechan aluminio suficiente para reconstruir todos los aviones del país. Además, se usan lubricantes y refrigerantes, se genera, cantidades ingentes de chatarra metálica y no metálica, etc.


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Los efectos adversos de estas actividades, el daño que provocan a nuestro medio ambiente y su efecto sobre la calidad de vida humana, son bien reconocidos. Las mayores preocupaciones son la contaminación del agua y del aire, la lluvia ácida, la reducción de la capa de ozono, el efecto invernadero, los residuos peligrosos y el calentamiento global. En respuesta a estos problemas en todos los países se han promulgado leyes y reglamentos. Se puede mejorar mucho mediante un análisis detallado de los productos, su diseño, los tipos de materiales que se usan en su fabricación, los procesos de su manufactura, así como los desperdicios producidos. Para dicho análisis se pueden seguir las siguientes líneas: 

Reducir el desperdicio desperdicio de materiales mediante la mejora del diseño del producto producto y la reducción de materiales usados.

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Realizar investigación investigación y desarrollo desarrollo en productos ambientalmente ambientalmente seguros.

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Asegurar el adecuado adecuado manejo y almacenamiento de todo desecho.

Realizar mejoras en el reciclado, tratamiento de residuos y reutilización de materiales.

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En la industria de la automoción se recicla más del 75% de sus componentes, en su mayoría metales. Producir aluminio a partir de chatarra, en lugar del mineral de bauxita, cuesta sólo la tercera parte y reduce el consumo de energía y contaminación en más del 90%. Los cartuchos de las fotocopiadoras e impresoras son retornables al fabricante, quien los carga y repara, y los vende nuevamente. Esto significa que los cartuchos deben diseñarse para facilitar el desensamblaje, usando ajustes a presión en lugar de tornillos, que requieren mayor tiempo para ser retirados. Las normas ISO 14000 se refieren a lo que una empresa puede hacer para minimizar los daños ambientales provocados por sus actividades.

Competitividad global y costes de manufactura. A partir de los años 60 se desarrollaron las siguientes tendencias: La competencia global aumentó rápidamente y los mercados se volvieron multinacionales. Los clientes demandaron demandaron productos de alta calidad, bajo coste y entrega rápida. La variedad de los productos se incrementó sustancialmente, por lo que se volvieron más complejos y con ciclos de vida más cortos.

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A finales de los 90, se observó como tendencia la disparidad de los costes de mano de obra para pa ra la manufactura entre diferentes países.

Observando la tabla, no sorprende que muchos de los productos que compramos sean fabricados o ensamblados en China o India, donde los costes de la mano de obra son, hasta ahora, los más bajos, pero que pueden aumentar conforme se eleven los estándares de vida en esos países. Actualmente, implantar el desarrollo de software y la tecnología informática es mucho más económico en la India que en los países occidentales. occidentales.


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