Tema 1.1. Introducción a los procesos de fabricación PDF

1. Contexto https://www.velatia.com/es/blog/cuales-son-las-claves-de-la-industria-4-0/ 4 1. Contexto Tecnologías: https://www.i-scoop.eu/manufacturing-industry/ 1. Contexto 1. Contexto Shaping the future of manufacture 2. Concepto de Ingeniería de Fabricación Ingeniería Estudio y ap...

1. Contexto https://www.velatia.com/es/blog/cuales-son-las-claves-de-la-industria-4-0/ 4 1. Contexto Tecnologías: https://www.i-scoop.eu/manufacturing-industry/ 1. Contexto 1. Contexto Shaping the future of manufacture 2. Concepto de Ingeniería de Fabricación Ingeniería Estudio y aplicación, por especialistas, de las diversas ramas de la tecnología OBJETIVO  Diseñar o desarrollar soluciones tecnológicas a necesidades sociales , industriales o económicas de la forma más eficiente Materialización de este objetivo Fabricación Aplicación de procesos físicos y químicos para modificar: Geometría Material de Propiedades Producto partida Apariencia 8 2. Concepto de Ingeniería de Fabricación Proceso de fabricación Materia Material prima Desechos y procesado desperdicios 9 2. Concepto de Ingeniería de Fabricación Ingeniería de Fabricación Ciencia que estudia los procesos de fabricación de componentes con la adecuada precisión dimensional, así como de la maquinaria, herramientas y demás equipos necesarios para llevar a cabo la realización física de tales procesos, su automatización, planificación y verificación 10 2. Concepto de Ingeniería de Fabricación Fabricación vs. Producción Elaboración de componentes aislados → FABRICACIÓN Elaboración de conjuntos de componentes ensamblados → PRODUCCIÓN Fabricación de Productos Continuos: Fabricación con un flujo continuo de material (Petróleo, Plásticos, Acero, Cemento, …). Fabricación de Productos Discretos: Fabricación de piezas o productos individuales (Coches, Ordenadores, Aviones, Máquinas Herramienta, …). 11 2. Concepto de Ingeniería de Fabricación El papel del Ingeniero de Fabricación Planifica Organiza Integra recursos humanos, materiales, financieros y técnicos Aplica tecnologías y metodologías Diseña sistemas Dirige Controla, supervisa, evalúa y retroalimenta 12 3. Clasificación de los Procesos de Fabricación Proceso de Fabricación Secuencia de operaciones requeridas para elaborar un producto, según unas especificaciones de diseño, a partir de unas materias primas, con el apoyo de recursos de producción (máquinas, energía, mano de obra…), mediante un sistema de fabricación, siguiendo ciertas reglas conocidas, sometido simultáneamente a parámetros no controlados (variabilidad). Pieza forjada Pieza desbarbada Pieza mecanizada y ensamblada Pieza acabada 13 3. Clasificación de los Procesos de Fabricación Clasificación de los procesos de Fabricación Moldeo y Fundición Permiten modificar la geometría, las propiedades Deformación Plástica y el aspecto del material de CONFORMADO Mecanizado trabajo MEJORA DE Otros Procesos de Conformado PROCESADO PROPIEDADES Tratamientos Térmicos PROCESADO DE SUPERFICIES Limpieza y Tratamiento Superficial PROCESOS DE Recubrimiento y Deposición FABRICACIÓN Soldadura UNIONES PERMANENTES Pegado por Adhesivos ENSAMBLES Fijaciones Permanentes Permiten unir componentes UNIONES para crear nueva entidad Fijaciones Roscadas MECÁNICAS 14 3. Clasificación de los Procesos de Fabricación Operaciones de procesado. Conformado. CONFORMADO Permiten modificar la geometría del material de trabajo Usan calor, fuerza mecánica o combinación de ambas Se pueden clasificar atendiendo al estado del material al inicio del proceso: Fundición Deformación plástica Arranque de material o mecanizado Fabricación aditiva Procesado de partículas (Pulvimetalurgía) 15 3. Clasificación de los Procesos de Fabricación Operaciones de procesado. Conformado. Fundición Fundición El material inicial se calienta (alcanzar Tª Fusión)  Estado líquido o semifluido Se vierte en una cavidad (molde)  Se solidifica adoptando la forma de la misma Aplicable a casi todos los materiales (metales, vidrios, cerámicos y plásticos). No excesivas propiedades mecánicas / No buenos acabados En arena Molde En cáscara desechable En resina Microfusión Fundición Por gravedad Molde A presión permanente Centrífuga Por inyección 16 3. Clasificación de los Procesos de Fabricación Operaciones de procesado. Conformado. Deformación Plástica Deformación Plástica Aplicación de fuerzas (acompañadas o no de calentamiento previo) para modificar geometría y propiedades mecánicas  Excelentes (acompañadas de TT) Material dúctil  Metales Se supera el límite elástico del material  Deformación permanente No aplicable a materiales frágiles  Se llega a la rotura durante la deformación En caliente: Menor esfuerzo / peores propiedades mecánicas/ peores acabados En frío: Mayores esfuerzos (endurecimiento por deformación) / mejores propiedades mecánicas / mejores acabados Forja En caliente Laminación Trecristalización Estirado / trefilado < T < Tfusión Deformación Extrusión plástica Embutición En frío Corte T < Tr Plegado Troquelado 17 3. Clasificación de los Procesos de Fabricación Operaciones de procesado. Conformado. Mecanizado Mecanizado Se elimina el exceso de material de la pieza de partida Se hace uso de herramientas de corte y abrasión más duros que la pieza de trabajo Aplicado básicamente en metales. Excelentes Acabados. Buenas Propiedades mecánicas (no tanto como en CDP). Desperdicios Altos Torneado Herramienta Limado monofilo Cepillado Corte Fresado mecánico Herramienta Taladrado Mecanizado multifilo Brochado Amolado abrasivos Rectificado Electro- electroquímico mecanizado electroerosión 18 3. Clasificación de los Procesos de Fabricación Operaciones de procesado. Conformado. Procesado de partículas Pulvimetalurgia Se prensa en una matriz de alta presión, adoptando su forma Se parte de un polvo fino metálico o Pieza  Se calienta por debajo de cerámico su punto de fusión (Sinterización) Cohesión de partículas y mejora de Atomización Fabricación Pulverización propiedades Electrólisis Caro  Muchas veces única Selección alternativa Mezclado Convencional Compactación Isostático Procesado de Procesado Inyección partículas En caliente Sinterizado En fase líquida Por chispas Dimensionado Filtración Acabado Tratamientos térmicos Mecanizado, unión 19 3. Clasificación de los Procesos de Fabricación Operaciones de procesado. Mejora de propiedades Tratamientos Térmicos Añaden valor al material Mejoran las propiedades físicas o mecánicas sin alterar la forma de partida Los más usuales: Temple (enfriamiento rápido) y Recocido (enfriamiento lento) 20 3. Clasificación de los Procesos de Fabricación Operaciones de procesado. Procesado de superficies Procesado de superficies Limpiar, tratar, revestir o depositar materiales en la superficie exterior de la superficie de trabajo Mejora de propiedades: Resistencia a la corrosión o al desgaste Preparación para operaciones posteriores Mejora de la apariencia de la pieza Limpieza: medios mecánicos y químicos  Eliminar grasa, suciedad o contaminantes Tratamiento superficial: Chorro de arena, implantación iónica Recubrimiento: anodizado del aluminio, Aluminio anodizado pinturas, deposición por película delgada 21 3. Clasificación de los Procesos de Fabricación Operaciones de ensamble. Uniones permanentes. Soldadura Soldadura Unión localizada de dos o más piezas mediante la aplicación de calor, presión o ambos simultáneamente Entre materiales iguales o diferentes Usa calor para fundir metal base Arco eléctrico Puede incorporar metal de aportación Por resistencia Si no se añade  Autógena Por fusión Gas Calor generado por alguno de estos medios Láser Mediante presión o presión + calor Soldadura Difusión Tª < Tª de fusión del metal base En estado No existe metal de aportación Fricción sólidos Intermedia entre las anteriores Ultrasónica Existe material de aportación Fuerte-Blanda Uniones de metales distintos o con baja soldabilidad T< fusión (blanda < 450º y dura > 450ºC) 22 3. Clasificación de los Procesos de Fabricación Operaciones de ensamble. Uniones permanentes. Pegado por adhesivos Adhesivos Unión y sellado de materiales iguales o diferentes (metales, plásticos, cerámicas, madera, papel o cartón) Material rellenador  Adhesivo  Polímero Modificación de propiedades físicas de líquido a sólido, mediante reacción química (polimerización, condensación o vulcanización) Gomas Almidón Aplicaciones de baja tensión (cartulinas, libros, muebles…) Naturales Flúor de soja Grandes superficies (madera contra- Dextrina chapada) Colágeno Adhesivos Silicato de Sodio Bajo coste Inorgánicos Baja resistencia Cloruro de magnesio Epoxi Los más utilizados Sintéticos Silicón Polímeros termoplásticos y duroplásticos Uretano 23 3. Clasificación de los Procesos de Fabricación Operaciones de ensamble. Uniones mecánicas Uniones mecánicas Presente en la mayoría de los productos industriales Facilidad de ensamble y desmontaje Productos grandes y pesados  Ensamble en instalación de destino Facilidad en labores de mantenimiento y reparación Tuercas Desmontables Uniones Tornillos Mecánicas Remaches Permanentes Roblones 24 4. Automatización Proceso para hacer que la máquinas sigan un orden predeterminado de operaciones con poca o ninguna mano de obra, usando equipos especializados que ejecutan y controlan los procesos de fabricación Aplicaciones Procesos de fabricación. Manipulación de materiales. Inspección Ensamble Empaquetamiento 25 4. Automatización Ventajas Repetitividad Control de calidad más estrecho Incremento de la productividad Seguridad Limitaciones Se requiere gran inversión Aumento costes de mantenimiento Aumento de la dependencia del mantenimiento y reparación La parte más visible de la automatización actual es la robótica industrial 26 5. Metrología Ciencia que estudia las técnicas de medición, con un grado de precisión adecuado, así como todos los aspectos relacionados con las unidades de medida (estudio, conservación y diseminación) Metrología industrial: Asegura el adecuado funcionamiento de los patrones e instrumentos de medida Asegura la intercambiabilidad de los productos y la adecuada fiabilidad de los resultados de las mediciones que se realizan de cara a la producción y el aseguramiento de la calidad. 27 5. Metrología Metrología electrónica Campos Metrología eléctrica metrológicos según magnitudes Metrología ponderal Metrología dimensional 28 6. Materiales para ingeniería MATERIALES METÁLICOS COMPUESTOS NO METÁLICOS NATURALES Cermets Madera Polímeros reforzados Piel, hueso Algodón, lana, seda Ferrosos No Ferrosos Polímeros Cerámicos Vidrios Hierro Aleaciones Acero Aluminio Polietileno Alúmina Cobre Poliamidas Carburo de Silicio Níquel Poliestireno Nitruro de Silicio Titanio Resinas Epoxi Cemento y hormigón Magnesio Elastómeros 29 6. Materiales para ingeniería PASADO PRESENTE DE LA TECNOLOGÍA DE MATERIALES METALES NATURAL CERÁMICAS PIEDRA BRONCE ACERO COMPOSITES SMART NANO META CELULAR POLÍMEROS 30 6. Materiales para ingeniería 31 6. Materiales para ingeniería Metales Son los más utilizados Metales Se obtiene a partir de óxidos o sulfuros Se pueden reciclar sin degradación de propiedades Son más frecuentes las aleaciones que los metales puros Presentan amplia gama de propiedades en función del proceso de fabricación Ferrosos No ferrosos Principalmente Acero Elevada conductividad térmica Buena resistencia mecánica Baja densidad Relativo coste bajo Elevada resistencia a la corrosión Facilidad de procesado Elevada relación resistencia/peso Facilidad de fabricación Cu, Al, Mg, Zn, Ti 32 6. Materiales para ingeniería Cerámicas Compuestos de materiales metálicos y no metálicos (óxidos, nitruros, carburos o vidrios) Cerámicas Dureza y fragilidad Baja densidad y elevada resistencia a temperatura elevada (refractarios) Elevada temperatura de fusión Elevada resistencia al desgaste Herramientas de corte Cerámicas Cerámicas tradicionales avanzadas Vidrios Cemento y Rocas y minerales hormigón En base a la arcilla Elevadas prestaciones Ladrillos, azulejos, etc Carburo de tungsteno, Alúmina 33 6. Materiales para ingeniería Polímeros Moléculas orgánicas de peso molecular grande, derivados del Polímeros petróleo, gas o carbón. Baja densidad y resistencia (mejorada en polímeros avanzados) Facilidad de conformado en geometrías complejas Elevada producción para bienes de consumo En su mayoría, no son reciclables Naturales Termoplásticos Termofijos Elastómeros Celulosa, Sólido que no se funde lignina, etc. Si se recalienta, se degrada Fáciles de conformar Soportan ciclos calentamiento- Elevado alargamiento enfriamiento sin degradarse 34 6. Materiales para ingeniería Compuestos Estructura formada por diferentes materiales para mejorar Compuestos propiedades Uno de los componentes se presenta en forma de fibra o partículas (fase dispersa o refuerzo) mezclada con el otro (matriz) que lo rodea Las propiedades que se obtienen de estas combinaciones son superiores a la de los materiales que los forman por separado Las propiedades dependen de los componentes y de la forma en que se combinen Naturales Sintéticos Hueso  Reforzados con fibra  Matriz polimérica  Reforzados con partículas  Matriz cerámica  Compuestos estructurales  Matriz metálica Plástico reforzado con fibra de vidrio Carburo cementado en matriz de cobalto Hormigón armado 35 Cómo no fabricar!!! 36