01_Presentaciones_Procesos de Manufactura.pdf

Introduccion procesos de manufactura

1. Procesos de
Manufactura
(MECD803)
FACULTAD DE INGENIERÍA
MECÁNICA
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

2. Quéentiende por
manufactura???

3. ¿Qué es la Manufactura?
A.-Es el proceso de conversión de la materia prima en productos utilizables.
Incluye:
1.-Diseño del producto.
2.-Selección de la materia prima.
3.-La secuencia de los procesos a través de los cuales será manufacturado el
producto.
B.-Concepto económico: transformación de materiales en artículos de mayor
valor.

5. La Manufacturacambio la
sociedad(1760-1830)

6. Lapalabramanufacturasederivadellatínmanufactus
quesignificahechoamano.Lapalabraproducciónseusa
comosinónimodemanufactura.Lapalabraproducto
significaloproducidoquediferenciaconartesanía,
influenciahistóricadelamanufactura.

7. Quéentiende por producto discreto y
quépor producto continuo?

8. Lamanufacturaproduceunvaloragregadoporloquees
muyimportanteparaeldesarrolloeconómicodeunpaís
sepuedeproducirproductosdiscretos(unitarios,enserie)
oproductoscontinuos,ocontinuosyluegodiscretos.

9. Hitos en la historia de utilización de
procesos de producción de piezas
metálicas y no metálicas

12. Exigencias y tendencias actuales en la
producción de piezas

13. Exigencias y tendencias:
1.-Requerimientos de diseño
y especificaciones
estándares del producto.
2.-Manufactura amigable.
al medio ambiente.
3.-Producción flexible ante
el mercado cambiante.
4.-Producción con calidad.
5.-Actualización lo más
permanente posible.
6.-Calidad en la
organización y
productividad.

14. A.-Proceso de diseño con Ingeniería
Concurrente
La ingeniería concurrente (CE,
por sus siglas en inglés) se
define como “un enfoque
sistemático para el diseño
paralelo e integrado de
productos y los procesos
relacionados, incluyendo
manufactura y servicios de
apoyo, con la intención de
que los desarrolladores
consideren, desde el inicio del
proyecto, todos los elementos
del ciclo de vida del
producto, desde su
concepción hasta su
eliminación y reciclaje,
incluyendo calidad, costo,
planeación y requerimientos.
del usuario".

16. Calidad
Matriz de función
de la Calidad
(QFD)

17. Funcionalidad.- Análisis de la
funcionalidad del producto.

18. Para el éxito de la ingeniería
concurrente:
a)Contar con el apoyo total de la administración superior
b)Trabajo en equipo multifuncional e interactivo.
c)Utilizar todas las tecnologías disponibles.
Aplicando Ing. Concurrente: Una empresa automotriz ha reducido un
30% el número de componentes en uno de sus motores. Se puede
implementar en empresas grandes como pequeñas.

19. B.- Diseño para la manufactura
Cada pieza o componente de un producto debe
ser diseñado no solo para que cumpla con sus
funciones y calidad, sino también para que pueda
ser manufacturado económica y eficientemente.

21. Materiales para la producción de piezas

22. C.- Selección de materiales
Tipos de materiales:
•Metales (Ferrosos y No ferrosos)
•Polímeros (Termoplásticos, Elastómeros, Termofijos o
Termoendurecibles)
•Cerámicos
•Compuestos
•Materiales Diversos (Nano, Semiconductores)

23. Metales ferrosos

24. Metales ferrosos
Son las aleaciones metálicas que tienen como principal componente el Fe. Las
aleaciones de hierro y carbono (aceros y fundiciones) son las aleaciones
metálicas más importantes de la técnica moderna. En masa son 10 veces
más que todos los otros metales juntos.
Las aleaciones con menos de 2,1%C (1,7%C) se conocen como Aceros:
Las aleaciones con 2,5%C – 4%C son Fundiciones:

25. Obtención.
El Fe se obtiene de los
siguientes minerales:
Magnetita (Fe
3
O
4
) con
60% 70% de ley

Hematíes rojo (Fe
2
O
3
) con
40-60%
Siderita (Fe Co
3
) con 30-40%

26. Producción de piezas ferrosas:
PRIMERA ETAPA:
REDUCCIÓN DEL MINERAL DE HIERRO:
1.- REDUCCIÓN DIRECTA
2.- ALTO HORNO
SEGUNDA ETAPA:
REFINACIÓN: VÍA HORNO ELÉCTRICO O USO DE
CONVERTIDORES
TERCERA ETAPA:
CONFORMADO METÁLICO: LAMINACIÓN, REFUNDICIÓN,
TROQUELADO, ETC.

27. °F °C
2800 1538
2554 1401
1666 908
1414 768

30. FASES PRESENTES EN EL DIAGRAMA

31. Clasificación de los aceros según
su estructura (I):
Los aceros se clasifican en hipoeutectoides y aceros hipereutectoides:
Aceros hipoeutectoides
Son las aleaciones ferrosas que contienen hasta 0.8% C. Estos aceros tienen
alta plasticidad tanto en frío como en caliente. Son aceros muy importantes por
su amplio uso.
Ejemplos de ellos son los Aceros estructurales; Aceros para carrocerías;
fundiciones en acero (partes para vagones de ferrocarril).
Aceros hipereutectoides
Son aleaciones ferrosas que contienen de 0.8% a 2.1% C. Tienen mayor
cantidad de Cementita por lo que son más duros, son útiles cuando se
requiere mayor resistencia, dureza y resistencia al desgaste.
Ejemplo de ellos son: hoja de cuchillo; herramientas cortantes; cojinetes

33. Esquema de la formación de la perlita

35. ACERO 0,20% C, 100X Y500X
Área oscura perlita, clara ferrita

38. ACERO 1,2%C;300X
Acero1%C; 500x

39. Clasificación de los aceros según su
composición (II):
Aceros al carbono y aceros aleados.
Aceros al carbono. En Siderurgia el 90% de aceros son al C y el 10%
son aceros aleados. Componentes:
Componentes principales: Fe.(97. ... 99.5%);C.(0.1...2.1%)
Agregados: Mn (0.3-0.7%), Si (0.01-0.02%)
Impurezas: S(0.01-0.04),P(0.01-0.04%), O
2
.
Otros componentes: Ni(0.2%), Cr(0.3%), Cu(0.3%)…
Aceros al Carbono:
Aceros de alto Carbono (0.45-1.7%C). Conocidos como aceros
duros y extraduros.
Aceros de medio carbono (0.30-0.45%C). Conocidos como aceros
semiduros. Su dureza y resistencia a la tracción aumentan a costa de una
disminución de la plasticidad y la tenacidad.
Aceros de bajo Carbono (hasta 0.30%C), Conocidos como
extradulces y dulces. Tienen una gran plasticidad.

40. Z ona de los a ceros (ha sta 2% de ca rbono) del dia g ra ma de equilibrio meta esta ble hierro-ca rbono.

41. Clasificación de los aceros considerando su
utilización (III):
1.- Acero de Construcción:
a.- Aceros para piezas de máquinas.
b.- Aceros para estructuras.
c.- Aceros de armaduras.
d.- Aceros para muelles.

42. 2.- Aceros para Herramientas:
a.- Aceros de baja templabilidad.
b.- Aceros de alta templabilidad.
c.- Aceros de matrices.
d.- Aceros rápidos.
e.- Aleaciones extraduras.

43. 3.- Aceros Especiales
a.- Aceros resistentes a la corrosión.
b.- Aceros resistentes a alta
temperatura.

44. Metales no ferrosos
Aleaciones de cobre

45. Metales no ferrosos:
1. Aleaciones de cobre
Propiedades del cobre

46. PROPIEDADES
DEL COBRE
Es un magnífico
conductor
Alta resistencia
a la corrosión
Es muy dúctil y
maleable
Baja dureza
Es un metal de
gran belleza

47. Obtención.- Existen dos métodos muy comunes : Seco y
Húmedo, en ambos se parte de su forma nativa, las piritas:
(Cu Fe S
2
)
- En el proceso seco se tuesta el Cu Fe S
2
.
- En proceso húmedo se lo separa por medio de lixiviación

48. Clasificación de las aleaciones de Cu.-
Latones: aleaciones de Cu con el principal aleante el Zn.
Bronces: aleaciones de Cu con Sn, además existen otros
bronces en los cuales los principales aleantes son: Al, Be, y
otros.
Cuproníqueles: Aleaciones de Cu + Ni.

49. Ejemplos de aleaciones de cobre:

50. Metales No Ferrosos
Aleaciones de Aluminio

51. Antecedentes históricos de las
aleaciones de aluminio
En 1807, Humphrey Davy confirmó su
existencia en la alúmina y designo su
nombre. Como metal fue preparado
por primera vez por WOHLER en 1827
Cuando fue identificado se encontró
que era extremadamente difícil su
separación de las rocas de las que
formaba parte, por lo que durante un
tiempo fue más caro que el oro.

52. Propiedades del
aluminio.-
Es el elemento químico de número atómico 13 y peso
atómico 27.
Es un metal que cada día se utiliza más en la industria y
en la construcción por varias características
específicas que lo hacen muy útil:
- Baja densidad (2.7 gr/cm3).
- Buena conductividad calórica.
- Resistencia a la corrosión.
- Buena colabilidad.
- Bajo punto de fusión (657°C)
- Facilidad para ser trabajado con herramientas de
arranque de viruta.
- Facilidad de ser conformado por deformaciones en
frío.
- No es tóxico ni magnético y no produce chispa.

53. Formas de obtención.-
Actualmente, la materia prima para la obtención del
aluminio es exclusivamente la bauxita. Ese mineral
tiene que ser previamente purificado en el horno
rotatorio. Para ello se calienta la bauxita con una
disolución concentrada de hidróxido de sodio y el
oxido de aluminio se disuelve. Al diluir la disolución se
precipita el hidróxido de aluminio, que se convertirá
en oxido al desecarse (alúmina).
A esta alúmina obtenida de la bauxita purificada, se
le agrega criolita para la obtención del aluminio, el
cual se obtiene por el método de Hall.

54. La masa fundida se presenta
en forma de lingote. Unas
técnicas precisas de fresado
confieren a éste una
excelente superficie.
Mediante el recocido, el
lingote queda listo para el
laminado en caliente. Es
posible calentarlo hasta un
máximo de 550°, para
posteriormente laminarlo en
frío a un espesor de 0,2 mm.
Estas fases de fabricación
son cruciales para su calidad
definitiva.

55. Clasificación de las
aleaciones de aluminio.-
Las aleaciones de aluminio se clasifican en:
a. Aluminio deformable.- Para fabricar hojas,
cintas, perfiles, alambres y piezas para estampado,
prensado y forjado.

a1.- Endurecible.
a2.-No Endurecible.

b. Aluminio para fundición.- Para molduras
varias, contienen mayor cantidad de silicio que el
aluminio deformable.

56. Principales grupos de familias de aleaciones de aluminio
(Asociación de Aluminio):
Aleaciones con sus principales
elementos
Series Aplicaciones típicas
99,00% min aluminio 1XXX Hoja, chapas para litografía,
chapas.
Cobre 2XXX Industria aeronáutica.
Manganeso 3XXX Latas, radiadores de edificios.
Silicio 4XXX Intercambiadores de calor e
ingeniería.
Magnesio 5XXX Latas, automóviles, fachadas,
construcción, transporte.
Magnesio y silicio 6XXX Automóviles, construcción,
transporte.
Zinc 7XXX Industria aeronáutica, radiadores.
Otros elementos 8XXX Hoja (Fe), industria aeronáutica
(Li).

57. Polímeros

58. POLÍMEROS
Tipo de enlace.- El principal enlace atómico en los polímeros es el
enlace Covalente; además es muy importante para la formación
de polímeros el enlace intermolecular de Van der Waals, un ejemplo
muy sencillo de enlace covalente es: C2H6, conocido como etano,
el cual es un gas.
Principales elementos que se combinan con C y forman los
polímeros.-
Con valencia 1 se tiene: H, F, CI, Br, I
Con valencia 2 se tiene: O, S
Con valencia 3 se tiene: N
Con valencia 4 se tiene: C, Si.

59. Los primeros polímeros se fabricaron de materiales
Orgánicos naturales, el ejemplo más común es la celulosa,
de la cual se obtiene la celuloide. El primer polímero
sintético fue un fenol formaldehído, un termoestable
desarrollado en 1906, llamado baquelita.
El carbono es un elemento fundamental. C2H6, el etano es un gas,
si aumentamos carbonos se tiene C3H6, el propileno es un líquido,
con más carbonos se presenta el C13H1020H, la baquelita que es
un sólido.
Monómeros.- Es la unidad original de un polímero, conocido
también como mero. Las macromoléculas formadas a partir de los
meros se entrecruzan entre ellas.

60. El Kevlar es unapoliamidasintetizada por Stephanie
Kwolek, una química de la firma DuPont, en 1965. Sus
fibras consisten en largas cadenas de
poliparafenileno tereftalamida, molécula quesoporta
altas temperaturascon la que se puede construir
equiposligeros yresistentes - 5 veces más fuerte que
el acero y a los queno les afecta la corrosión.
Actualmente se utiliza para reforzar prendas textiles
de montaña por su gran capacidad y resistencia,
como por ejemplo en los hombros de las chaquetas
para evitar su desgaste por el rozamiento con la
mochila

61. MATERIALES CERÁMICOS
•La materia prima son feldespatos, arcilla,
cuarzo.
•Su uso es muy variado, desde el uso común
como ladrillos y hasta cerámicas especiales
utilizados en la industria aeronáutica.
•Característica típica de los cerámicos es no
ser conductores, pero existen cerámicos
especiales que conducen la electricidad

62. MATERIALES CERÁMICOS
•Una definición amplia de materiales
cerámicos: son solidos inorgánicos no
metálicos producidos con aumento de
temperatura.
•Debido a sus enlaces atómicos iónicos y
covalentes, son duros, no combustibles y no
oxidables.
•Pueden utilizarse en ambientes con
temperatura alta, corrosivos y tribológicos. En
dichos ambientes muchas cerámicas
exhiben buenas propiedades
electromagnéticas, ópticas y mecánicas

65. Estructuras de
algunos cerámicos

66. Materiales compuestos

67. Materiales compuestos

68. Tipos de materiales compuestos

69. Nanomateriales

70. Nanomateriales
Son materiales a nanoescala. Materiales con características
estructurales de una dimensión entre 1-100 nanometros.
Los nanomateriales pueden ser subdivididos en
nanopartículas, nanocapas y nanocompuestos. El enfoque
de los nanomateriales es una aproximación desde abajo
hacia arriba a las estructuras y efectos funcionales de forma
que la construcción de bloques de materiales son
diseñados y ensamblados de forma controlada.
Muchos de estos avances los están llevando a cabo
empresas norteamericanas pequeñas y medianas en
colaboración con empresas líderes.
Existen tres categorías básicas de nanomateriales desde el
punto de vista comercial y desarrollo: óxidos metálicos,
nanoarcillas y nanotubos de carbono. Los que más han
avanzado desde el punto de vista comercial son las
nanopartículas de óxido metálico.

71. NANO MATERIALES

72. Consideraciones de uso de los materiales.-
Propiedades.
Costo y disponibilidad.
Apariencia, vida de servicio y reciclado.

73. D.- Selección del proceso de manufactura
Fundición.- Molde perdido y Molde
Permanente.
Moldeado.- Conformación de polvos
metálicos y de materiales cerámicos.
Inyección y extrusión.- De polímeros.
Maquinado.- Torneado, taladrado, fresado,
cepillado, brochado y esmerilado, maquinado
ultrasónico, maquinado químico, eléctrico y
electroquímico y, maquinado de haz de alta
energía
Procesos especiales de conformado.- Para
distintos materiales.

76. 1.Precisión dimensional y acabado superficial
2.Costos de operación y de fabricación

77. Consecuencias de una inadecuada
selección de materiales y del
proceso de producción.-
1.Deja de funcionar.- Engranaje, perno o cable roto
2.No se desempeña dentro de los límites
especificados.- Cojinetes o engranajes
desgastados anticipadamente
3.Inseguro para su uso.- Cable deshilachado,
defectos de material, deficiencias en el diseño.

78. E.- Manufactura integrada por
computadora.-
Las metas principales de la automatización son integrar diversas
operaciones de manera de mejorar la productividad, incrementar la
calidad y uniformidad del producto, minimizar los tiempos de ciclo y,
reducir costos.
La manufactura integrada por computadora (CIM) es particularmente
efectiva, debido a la capacidad de:
Rapidez de respuesta a la demanda del mercado y modificación de los
productos.
Optimización del uso de: materiales, maquinaria y personal y, reducción
de inventarios.
Mejor control de la producción y administración.
Manufacturar productos de alta calidad y de bajo costo.
CAD_CAM_CIM

79. F.- Otros aspectos del proceso
de manufactura.-
1.Aseguramiento de la calidad y administración total de la
calidad.
2.Competitividad global y costos de manufactura.
3.Producción sobria y manufactura ágil.
4.Diseño y manufactura ambiental con conciencia social:
Responsabilidad de los productos.
Organización para la manufactura.

80. Diseño y construcción de silla de ruedas
Personas involucradas:
-Usuarios finales (enfermos).
-Enfermeras.
-Diseñadores estructurales.
-Diseñadores mecánicos.
-Diseñadores electrónicos o mecatrónicos.
-Biomecánicos.
-Especialistas en mercadeo.

81. Bibliografía:
S. KALPAKJIAN, S. SCHMID; Manufactura, Ingeniería y
Tecnología. Pearson Educación. 2002. México.
L. DOYLE, C. KEYSER; Materiales y Procesos de
Manufactura para Ingenieros. Prentice Hall. 2001.
México.
M. GROOVER; Fundamentos de la Manufactura
Moderna. Prentice Hall. 2000. Francia.
H. MOORE, D. KIBBEY; Materiales y procesos de
Fabricación. Limusa. 1996. España.
Product Design for manufacture and assembly; Ed.
Marcel Dekker,Inc.