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organizacin de empresas e sistemas de produccin e fabricacin 1
Descriptor: Calidad Dimensional
ndice
Introduccin
Normalizacin
Tolerancias y ajustes.
Tolerancias geomtricas
Extensin de la N. al proceso de
fabricacin
IGES
STEP
STEP-NC
Tema 1.- La Normalizacin en los procesos de fabricacin
Objetivos.-
Revisar conceptos de
normalizacin. Tolerancias
geomtricas y de formas
Introducir formatos estndares
para intercambio de
informacin geomtrica
-
organizacin de empresas e sistemas de produccin e fabricacin 2
Necesidad a partir de la evolucin de una fabricacin artesana a una fabricacin en serie en la que se exige repetitividad y se deben obtener productos con una tolerancia donde la dimensin puede variar sin afectar su intercambiabilidad.
Aspectos competitivos:
globalizacin de la economa
elementos diferenciadores entre las empresas
valor aadido
acercamiento al cliente
Calidad: Entendida como garanta de satisfaccin de necesidades de los clientes, es una forma de concretar esos valores y, todava ms, es importante que existan garantas ante terceros de la permanencia en la calidad.
Referencia ISO 9000: Conceptos bsicos de la calidad, Configuracin del Sistema, Redaccin de Procedimientos, Certificacin
Introduccin
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organizacin de empresas e sistemas de produccin e fabricacin 3
Normalizacin (i)
Actividad por la que se unifican criterios respecto a determinadas materias
y se posibilita la utilizacin de un lenguaje comn en un campo de actividad
concreto" (Ley 21/1992, de 16 de julio, de Industria)
"Actividad propia a dar soluciones de aplicacin repetitiva a problemas que
provienen esencialmente de las esferas de la ciencia, de la tcnica y de la
economa, con vistas a la obtencin del grado ptimo, en un contexto dado"
(Definicin de ISO " International Organization for Standardization").
En particular, esta actividad consiste en la elaboracin, difusin y aplicacin
de normas.
En el mundo de la fabricacin es el modo de garantizar las caractersticas de
piezas o montajes
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organizacin de empresas e sistemas de produccin e fabricacin 4
Qu es una norma?
"Especificacin tcnica de aplicacin repetitiva o continuada cuya observancia no es obligatoria, establecida con participacin de todas las partes interesadas, que aprueba un organismo reconocido a nivel nacional o internacional, por su actividad normativa" (LEY 21/1992, de 16 de julio, de Industria).
"Especificacin tcnica, u otro documento accesible al pblico, establecido con la cooperacin y el consenso general de todas las partes interesadas, fundado en los resultados conjugados de la ciencia, la tecnologa y la experiencia, con vistas al progreso ptimo de la comunidad, y aprobado por un organismo con actividades normativas" (Definicin de ISO " International Organization for Standardization" ) http://www.iso.ch
Cuando en las anteriores definiciones de "norma", se dice que se establecen con el consenso de "las partes interesadas", se refieren a: Fabricantes; Administraciones; Usuarios y consumidores; Centros de investigacin y laboratorios; Asociaciones y Colegios Profesionales; Agentes Sociales, etc.
Normalizacin (ii)
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organizacin de empresas e sistemas de produccin e fabricacin 5
Quin elabora las normas?
Organismos de Normalizacin, que se clasifican por su mbito geogrfico: Nacionales, Regionales, Internacionales.
Nacionales: organismo reconocido legalmente en mbito nacional. Espaa: AENOR (RD 2200/1995).
Regionales: organismo de normalizacin regional, de mbito continental, agrupa a un nmero de Organismos Nacionales. Europa: CEN, CENELEC y ETSI. AENOR canaliza intereses y participacin de los agentes socioeconmicos de nuestro pas en la normalizacin europea.
Internacionales: organismos de normalizacin de mbito mundial. Los ms conocidos son: CEI/IEC (Comit Electrotcnico Internacional) para el rea elctrica, UIT/ITU (Unin Internacional de Telecomunicaciones) para el sector de las telecomunicaciones e ISO (Organizacin Internacional de Normalizacin) para el resto. AENOR organismo nacional miembro de CEI/IEC e ISO.
Normalizacin (iii)
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organizacin de empresas e sistemas de produccin e fabricacin 6
Sobre qu tratan las normas?
El campo de actividad al que puede hacer referencia una norma es muy amplio:
Caractersticas de materiales.
Productos: Tuberas, persianas, cables, bolsas, juguetes, ventanas, etc.
Mtodos de ensayo.
Gestin de la calidad.
Gestin medioambiental.
Etc.
Dada la diversidad de las materias que se normalizan, las normas pueden constar de:
Definiciones y terminologa
Especificaciones de productos y materiales.
Medidas, mediciones y tolerancias.
Medios de verificacin, ensayo y anlisis.
Smbolos grficos.
Etc.
Normalizacin (iv)
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organizacin de empresas e sistemas de produccin e fabricacin 7
Ventajas
La normalizacin presenta las siguientes ventajas a los agentes sociales:
Para los fabricantes:
Clasifica los tipos de productos;
Facilita la comercializacin de los productos y su exportacin;
Ayuda a definir las especificaciones de los productos en los documentos de compra
Para los consumidores:
Establece niveles de calidad y seguridad de los productos y servicios;
Informa de las caractersticas del producto;
Facilita la comparacin de las caractersticas de los productos de diferentes ofertas.
Para la Administracin:
Simplifica la elaboracin de textos legales;
Ayuda a establecer polticas de calidad, medioambientales y de seguridad; Facilita el comercio.
Normalizacin (v)
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organizacin de empresas e sistemas de produccin e fabricacin 8
Problema:
Imposibilidad de fabricar piezas de dimensiones exactas.
La precisin de fabricacin depende de la mquina-herramienta
Ninguna mquina puede fabricar con error cero
Tolerancias dimensionales:
Fijan una zona de tolerancia
permitida a las cotas funcionales.
Se puede garantizar un error mximo
en la fabricacin
Se puede especificar un error
mximo para que la pieza cumpla
especificaciones
Tolerancias y ajustes (i)
Sistema de tolerancia: conjunto de
principios, reglas, frmulas y tablas
que permiten una seleccin racional
de tolerancias para la produccin
econmica de piezas intercambiables
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organizacin de empresas e sistemas de produccin e fabricacin 9
Nuevo problema:
Esta forma de especificar tolerancias no garantiza la correccin de las piezas
Pueden cumplir especificaciones piezas que no serviran para el montaje
Por tanto No se ha garantizado la intercambiabilidad
Solucin: TOLERANCIAS GEOMTRICAS o DE FORMA
Se garantiza cilindricidad, rectitud, etc.
Tambin se establecen mrgenes de aceptacin
Tolerancias y ajustes (ii)
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organizacin de empresas e sistemas de produccin e fabricacin 10
Tolerancias y ajustes (iii)
Notaciones (ISO, salvo las desviaciones) en las tolerancias dimensionales:
Dimensin nominal (dN, DN) o cota nominal (CN) Dimensin mxima (dM, DM) o cota mxima admisible
Dimensin mnima (dm, Dm) o cota mnima admisible
Tolerancia especfica (t, T )
Desviacin superior ( ds, DS)
Desviacin inferior (di, Di
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organizacin de empresas e sistemas de produccin e fabricacin 11
Posicin de la tolerancia:
La zona de t. no tiene porqu estar centrada respecto de la cota nominal
La posicin de la zona de t. determinar el comportamiento en cuanto a ajuste
Se consideran tres tipos de ajuste distintos:
Ajuste fijo (con aprieto): el juego es siempre menor que cero
Ajuste mvil (con juego): el juego es siempre mayor que cero
Ajuste indeterminado: juego mayor o menor que cero
Tolerancias y ajustes (iv)
Ajuste: relacin entre las medidas de 2 piezas que encajan: eje y agujero
Eje: pieza que encaja en otra (independientemente de su forma)
Agujero: pieza en la que encaja la primera (independientemente de su forma)
Juego: diferencia entre la medida exterior del eje y la medida interior del agujero
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organizacin de empresas e sistemas de produccin e fabricacin 12
Tolerancias y ajustes (v)
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organizacin de empresas e sistemas de produccin e fabricacin 13
Para caracterizar la tolerancia de una dimensin se utilizan dos valores:
1. Magnitud de la zona de tolerancia
2. Posicin de la zona de tolerancia respecto de la lnea cero
1. Magnitud de la tolerancia:
Se mide en micras
La norma establece calidades o ndices de tolerancia
Los ndices de tolerancia se numeran en orden decreciente de calidad
IT01 indica mxima calidad
IT18 indica mnima calidad
El valor de la tolerancia en micras es funcin de IT y de la cota nominal
Tolerancias y ajustes (vi)
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organizacin de empresas e sistemas de produccin e fabricacin 14
Tabla de t. en micras para una determinada medida
Tolerancias y ajustes (vii)
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organizacin de empresas e sistemas de produccin e fabricacin 15
2. Estandarizacin de las posiciones de tolerancia:
Se indica la posicin relativa de la zona de tolerancia respecto de la lnea cero
(diferencia de referencia)
Se establece una tabla para ejes y una tabla para agujeros con 21 posibles
posiciones (de la A a la Z)
a-h: para ejes indica una medida siempre menor que la medida nominal
k-z: para ejes indica una medida siempre mayor que la medida nominal
A-H: para agujeros indica una medida siempre mayor que la medida nominal
K-Z: para agujeros indica un medida siempre menor que la medida nominal
Tolerancias y ajustes (viii)
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organizacin de empresas e sistemas de produccin e fabricacin 16
Tolerancias y ajustes (ix)
Posiciones de tolerancia para ejes
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organizacin de empresas e sistemas de produccin e fabricacin 17
Tolerancias y ajustes (x)
Posiciones de tolerancia para agujeros
-
organizacin de empresas e sistemas de produccin e fabricacin 18
Tolerancias geomtricas (i)
Tolerancia geomtrica para un
elemento:
Define la zona donde debe
encontrarse dicho elemento
Se evitan as los problemas
mostrados para las tolerancias
dimensionales.
Tres grupos de t. geomtricas:
Forma de elementos aislados
Orientacin de elementos
asociados
Posicin de elementos
asociados
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organizacin de empresas e sistemas de produccin e fabricacin 19
Tolerancias geomtricas (ii)
Tolerancias: se especifican en recuadros normalizados
Elementos de referencia: se sealan con tringulos
-
organizacin de empresas e sistemas de produccin e fabricacin 20
Extensin al proceso de fabricacin (i)
Factores para la consideracin global de los problemas de normalizacin:
1er Factor: Los medios de descripcin de productos a fabricar han evolucionado,
y lo seguirn haciendo, hacia descripciones ms completas y complejas.
Plano digital
Descripciones
inteligentes
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organizacin de empresas e sistemas de produccin e fabricacin 21
Extensin al proceso de fabricacin (ii)
2 Factor: Necesidad de intercambiabilidad a escala global
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organizacin de empresas e sistemas de produccin e fabricacin 22
Intentos de estandarizacin:
IGES: nivel CAD-CAM
STEP: comprende todo el ciclo de vida de un producto
PDES: versin ANSI de STEP
IGES: Initial Graphics Exchange Specification
Estndar ANSI (SET en Francia, y VDAFS en Alemania)
Pensado para compatibilizar los distintos entornos CAD-CAM
Acta como un sistema intermediario
Extensin al proceso de fabricacin (iii)
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organizacin de empresas e sistemas de produccin e fabricacin 23
The first version of IGES was developed in 1980 in response to demands from government and industry for a neutral file format permitting the exchange of data between dissimilar CAD or CAM systems. In 1981, IGES was approved as an ANSI standard. Since then, many enhancements have been made, including the significant additions listed in the following table.
IGES version Date Added features
1.0 1980 Mechanical 2D and 3D drawings.
2.0 1983 Sculptured surfaces, rational B-splines, finite elements, and electricaldrawings.
3.0 1986 Manufacturing AEC (architecture, engineering, and construction), and piping drawings.
4.0 1985. CSG (constructive solid geometry) solids.
5.0 1990 Primarily consolidation and rationalization of existing formats to improve the quality and robustness of existing entities.
5.1 1991 Boundary-representational (B-rep) solids. See Overview of Solid Modeling and IGES.
5.2 1993 European character set and several clarifications; published as an ANSI standard.
5.3 1996 Unbounded Lines (110:1 and 110:2), several new Properties (406), and further clarifications. Year 2000 compliance.
IGES
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organizacin de empresas e sistemas de produccin e fabricacin 24
STEP: STandard for the Exchange of Product model data
Estndar ISO para todos los aspectos de datos tcnicos de productos
Puede representar caractersticas fsicas y funcionales de los productos
Casi todos los sistemas CAD/CAM contienen un mdulo de lectura y escritura de datos definidos por uno de los APs de STEP.
Soporta muchos protocolos bajo la misma estructura. Cada AP desarrolla un estndar de intercambio de datos para cada aplicacin (CAD, CAPP (Computer Aided Process Planning).
El objetivo es cubrir el ciclo de vida del producto, desde diseo a deshecho, para todo tipo de productos
PDES: Product Data Exchange Standard
Intento de estandarizacin previo a STEP
Es un estndar ANSI
Actualmente se cie a las especificaciones STEP
STEP (i)
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organizacin de empresas e sistemas de produccin e fabricacin 25
Ejemplos de protocolos utilizados por STEP
Part 201 Explicit Drafting
Part 202 Associative Drafting
Part 203 Configuration Controlled Design
Part 207 Sheet Metal Dies and Blocks
Part 208 Life Cycle Product Change Process
Part 209 Design Through Analysis of Composite and Metallic Structures
Part 210 Electronic Printed Circuit Assembly, Design and Manufacturing
Part 213 Numerical Control Process Plans for Machined Parts
Part 214 Core Data for Automotive Mechanical Design Processes
Part 215 Ship Arrangement
Part 238 Integrated CNC Machining
Part 240 Process Planning
STEP (ii)
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organizacin de empresas e sistemas de produccin e fabricacin 26
STEP-NC (i)
STEP-NC defines a CNC part program as a series of operations that remove material defined by features. The features supported include holes, slots, pockets and volumes defined by 3D surfaces.
STEP-NC has the AP-238 within the STEP framework. A key feature of STEP-NC AP-238 programs is that they are machine and organization independent.
Tipos de sistemas que usan STEP
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organizacin de empresas e sistemas de produccin e fabricacin 27
If a machine has the underlying capabilities (axes, table size etc), then a STEP-NC "compiler" should be able convert the part program into a sequence of tool movements for that machine.
If a CNC has a Tool Cutter Programming (TCP) interface then the tool movements can be executed directly without converting to axis movements. This has two significant consequences for industry. This has two significant consequences for industry:
1.If parts can always be rapidly manufactured from an AP-238 description, then there is no longer a requirement to keep copies of those parts in the inventory.
2. If parts can be made independently of the axis codes, then the same CNC program can be run on many machines. This allows a part program to be made once and run anywhere. A study has shown that a mid sized machine shop could save as much as $0.5M per year in reduced CAM costs, less waste, and greater throughput if it received reliable machine independent CNC data from its customers.
STEP-NC (ii)
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organizacin de empresas e sistemas de produccin e fabricacin 28
STEP-NC (iii)
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organizacin de empresas e sistemas de produccin e fabricacin 29
Information can be lost in the pipeline because incomplete data is sent from the CAD to the CAM, because fixes to the geometry are made in the CAM and not communicated back to the CAD, because only the surface data is communicated to the post, and most of all, because the RS274D standard only allows axis movement data to be communicated to the control. This means that no adjustments can be made on the control in response to changes in the available tooling, the control cannot optimize the machining process for the capabilities of the selected machine, and the operator cannot rely on software in the control to check the safety of the set-up and the program.
In the new method enterprises can continue to use their existing systems for CAD, CADD and CAM, but the end result is sent to the CNC as a STEP-NC AP-238 file instead of an RS274D file
STEP-NC (iv)
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organizacin de empresas e sistemas de produccin e fabricacin 30
The change is small because no systems need to change only the interfaces, but the advantages are significant:
The AP-238 file can make developing a CNC part program more efficient because the programmer only has to describe the tasks to be performed on the machine and not the tool motions necessary to achieve those tasks.
The AP-238 file allows a CNC to optimize and check a part program for the tooling available at the time of manufacturing instead of having it fixed at the time of planning.
The AP-238 file reduces the requirement for drawings on the shop floor and it allows manufacturing to send requests for changes back to design by annotating the original full fidelity design information.
The AP-238 file makes manufacturing data portable between machines and organizations and allows a part to be made on any machine with sufficient resources (axes, table size etc).
STEP-NC (v)
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Org. de empr. e sistemas de produccin e fabricacin 1
Indice:
Introduccin.
Trabajo de deformacin plstica
Mtodo del Trabajo Ideal.
Aplicacin a procesos de trefilado
Aplicacin a extrusin de una
barra.
Reduccin mxima de estirado.
Deformacin homognea y no
homognea
Tema 6. Clculo de cargas en deformacin plstica
Bloque Temtico I: Procesos y Sistemas de Fabricacin
Objetivos
Entender y saber aplicar los
principios de calculo de tensiones
para procesos de deformacin
plstica
-
Org. de empr. e sistemas de produccin e fabricacin 2
La teora del conformado de los metales tiene dos objetivos principales:
Clculo de la deformacin del material.
Clculo de las cargas requeridas para producir esa deformacin.
Prctica industrial basada en originar cambios de forma requeridos, sin introducir tensiones ni deformaciones perjudiciales. Esto rige el tipo de procesos elegido, y el equipo se proyecta de manera que proporcione y resista las cargas implicadas.
El clculo de las cargas y la evaluacin de los efectos de las variaciones de los parmetros del proceso de conformado, tiene gran importancia en la utilizacin adecuada de los recursos (mquinas y equipos) para tratar de conseguir las ms altas productividades posibles.
Introduccin (i)
-
Org. de empr. e sistemas de produccin e fabricacin 3
La estrategia es, sin ignorar reglas y frmulas empricas, utilizar mtodos adecuados al nivel de dificultad que entrae el clculo, dada la complejidad, en muchos casos, de las operaciones reales. En procesos fundamentales sencillos (laminacin, forja, extrusin, estirado) se puede conseguir una buena exactitud.
En este curso se ver slo el Mtodo del trabajo ideal o para deformacin homognea, sin contemplar mtodos que permitan valorar otras contribuciones al trabajo, como el rozamiento y la distorsin interna.
Aplicaremos este mtodo a algunos procesos, para as poder elegir adecuadamente ciertas condiciones de trabajo, como por ejemplo la reduccin mxima.
Introduccin (ii)
-
Org. de empr. e sistemas de produccin e fabricacin 4
El trabajo total WT , tiene tres componentes: WT = WH + WR + WA WH ; Trabajo ideal o para deformacin homognea.
WR ; Trabajo debido al rozamiento en la interfase herr.-pieza.
WA ; Trabajo adicional debido a la distorsin interna
En la fig. un estirado a travs con matriz en cua, la matriz obliga al metal a deformarse de manera que existe una cizalladura adicional provoca el WA
Trabajo de deformacin plstica
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Org. de empr. e sistemas de produccin e fabricacin 5
La manera ms sencilla de deformarse un metal es la que se ve en un ensayo de traccin. La probeta es libre de deformarse, sin estar restringida por ningn cuerpo externo.
Es un principio general que esta deformacin homognea requiere menos trabajo y, en consecuencia, una carga menor que cualquier otro tipo de deformacin.
Proporciona un valor mnimo para la carga necesaria que en cualquier otra operacin que produzca la misma variacin final del rea de la seccin transversal. En un trefilado con matriz, se introduce rozamiento y distorsin, incrementando el trabajo.
Mtodo del Trabajo ideal (i)
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Org. de empr. e sistemas de produccin e fabricacin 6
Frmula de trabajo para la deformacin homognea
En el ejemplo anterior la carga acta directamente sobre la seccin transversal que se deforma y, por tanto, el mtodo no es aplicable a otros casos, por lo que se debe plantear uno ms general.
Para condiciones sencillas de traccin o compresin, as como para procesos ms complejos, como estirado, se puede considerar el trabajo realizado en la deformacin de un pequeo elemento, e integrarlo a lo largo de toda la regin de deformacin. As para una traccin uniaxial:
El incremento de trabajo, al aumentar la longitud de la probeta
es:
Por unidad de volumen:
lYAW )(W W l
YV Al l
0, 321 Yl
Mtodo del Trabajo ideal (v)
-
Org. de empr. e sistemas de produccin e fabricacin 7
Podemos suponer que V = cte, e integrar entre l0 y l1:
El trabajo ideal para deformacin homognea es, por
tanto, el rea de la curva tensin deformacin, que se
puede obtener directamente considerando la tensin de
fluencia media :
1 1
0 0
l
l
W dlY Yd
V l
Y
1
0
1
0
lnl
l
lW dlY Y
V l l
Mtodo del Trabajo ideal (vi)
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Org. de empr. e sistemas de produccin e fabricacin 8
Es el mtodo ms simple basado en un balance energtico. El trabajo externo
debe igualarse a la energa consumida en la deformacin de una pieza. El
proceso se asume que sea ideal en el sentido que el trabajo externo es
completamente utilizado, nicamente, en causar deformacin. Los efectos de
la friccin y de la deformacin no homognea son ignorados.
Para emplear esta tcnica, es necesario prever un proceso ideal, que produzca
el cambio de forma deseado mediante deformacin homognea. Como
ejemplo se puede pensar en el estirado o extrusin de barras, cuyo proceso
ideal que representa el cambio de forma es un ensayo de traccin.
Para reducir una barra de A0 hasta A bajo una tensin de traccin requiere,
como hemos visto, un trabajo por unidad de volumen igual al rea bajo la
curva de tensin real-deformacin natural dentro de los lmites
comprendidos.
Mtodo del Trabajo ideal (vii)
-
Org. de empr. e sistemas de produccin e fabricacin 9
En el trefilado (fig. pg. 14), el trabajo realizado por la fuerza de
estirado F1 cuando que se mueve desde la posicin de partida hasta la
longitud total l1 del alambre estirado es
Como se supone deformacin homognea: entonces
y puesto que V = l0A0 = 11A1, la carga vale:
Es generalizado, tambin, el uso de la reduccin de rea, por lo que la
frmula anterior se puede expresar como:
, y la tensin de trefilado vale:
111 lFW
0
1lnl
lYVW
11
1 0
lnlV
F Yl l
1
01
0
11 lnln
A
AYA
l
lYAF
rYAF
1
1ln1 r
YA
F
1
1ln
1
1
Aplicaciones a procesos de trefilado (i)
-
Org. de empr. e sistemas de produccin e fabricacin 10
Aplicaciones a procesos de trefilado (ii)
-
Org. de empr. e sistemas de produccin e fabricacin 11
Podemos aplicar tambin la frmula de trabajo para
obtener la presin de extrusin. En la extrusin la
fuerza se aplica al tocho original de rea A0. Esta fuerza
se mueve una distancia igual a la longitud del tocho
original y su trabajo es:
Este trabajo es igual al de deformacin homognea y al
despejar nos queda:
000 )( lpAW
1
0lnA
AYExtr
Aplicaciones a extrusin de una barra
-
Org. de empr. e sistemas de produccin e fabricacin 12
La reduccin mxima de estirado en una pasada viene determinada por la tensin mxima posible que es la de fluencia del material a la salida de la matriz
Se supone que hay poca acritud: Ya = Ymedia con lo cual:
De esta manera vemos que la reduccin mxima posible, para deformacin homognea (lubrificacin perfecta), es de un 63%.
Debemos tener en cuenta que la distorsin interna y el rozamiento disminuyen este porcentaje.
aa Y
1 11; ln ln
1 1
aa a
a m m
Y YY r r
7,21
1 1
erm
63,07,2
11 mr
Reduccin mxima de estirado
-
Org. de empr. e sistemas de produccin e fabricacin 13
Deformacin homognea y no homognea
-
Organizacin de empresas y Sistemas de Produccin y Fabricacin 1 1
TEMA 1.- Introduccin. Clasificacin de los Procesos de
Fabricacin
ndice
Objetivos del curso en Tecnologas de Fabricacin
Contenido curricular en ingeniera de fabricacin
Clasificacin de los Procesos de Fabricacin.
Objetivos de la Clasificacin
Modelo morfolgico de Procesos de Fabricacin
Taxonoma de los Procesos de Fabricacin
Taxonoma de Materiales
Descriptor: Ingeniera de Fabricacin
-
Organizacin de empresas y Sistemas de Produccin y Fabricacin 2 2
Clasificar procesos de fabricacin. Familiarizacin. Conocer relaciones mutuas.
Identificar caractersticas y capacidades de diferentes procesos para poder hacer recomendaciones respecto a su idoneidad para fabricar distintas piezas
Entender relaciones causa/efecto de parmetros de los procesos, para, a partir de los datos, hacer recomendaciones de qu parmetros permiten obtener los resultados deseados.
Aprender a tomar decisiones bsicas respecto al diseo de la pieza.
Ejecucin pre-profesional de procesos, con equipo real y virtual, para desarrollar perspectiva ingenieril de capacidades de procesos.
Objetivos del curso
-
Organizacin de empresas y Sistemas de Produccin y Fabricacin 3 3
Contenido curricular en ingeniera de
fabricacin (i)*
Materiales y Procesos de Fabricacin
Entender comportamientos y propiedades de los materiales a medida que son alteradas e influidas por los procesos de fabricacin
Procesado, Ensamblaje, e Ingeniera del Producto
Entender el diseo de productos, del equipo, utillaje y entorno necesario para su fabricacin.
Fabricacin Competitiva
Entender la creacin de ventajas competitivas a travs de la estrategia, planificacin, y el control de la fabricacin
Diseo de Sistemas de Fabricacin
Entender el anlisis, sntesis, y control de las operaciones de fabricacin usando mtodos basados en la estadstica y el clculo
* Debidas a ABET (Acreditation Board for Engineering and Technology)
-
Organizacin de empresas y Sistemas de Produccin y Fabricacin 4 4
Contenido curricular en ingeniera de
fabricacin (ii)
-
Organizacin de empresas y Sistemas de Produccin y Fabricacin 5 5
Contenido curricular en ingeniera de
fabricacin (iii)
Qu se fabrica? Definir piezas y elementos constituyentes bajo
especificaciones del proyecto de diseo.
Con qu? Determinar materiales, medios, mquinas, utillaje,
herramientas, as como los recursos humanos adecuados.
Cmo? Organizacin de los recursos y de la tecnologa para optimizar
el proceso. Determinar procedimientos y parmetros adecuados. Definir
secuencias o gamas de fabricacin, hojas de ruta e instrucciones, etc.
Cundo? Programar la produccin teniendo en cuenta el proceso, sus
tiempos de preparacin y fabricacin. Determinar las influencias sobre
los tiempos de ciclos productivos y de diseo.
Por qu? Se ha de justificar la seleccin de medios y utillaje en funcin
de la viabilidad econmica de la industrializacin del proyecto de
diseo, teniendo en cuenta la calidad requerida por las especificaciones.
-
Organizacin de empresas y Sistemas de Produccin y Fabricacin 6 6
Clasificacin de los Procesos de Fabricacin
Un factor determinante en mejorar la fabricacin y el desarrollo de sistemas de produccin automatizados es un profundo conocimiento de los procesos, datos y condiciones bajo las cuales se llevan a cabo
Decisiones de diseo (materiales, tolerancias, formas, tamaos, funcin del producto) repercuten hasta en un 70 % sobre los costes de fabricacin, decisiones que tambin afectan a calidad, respuesta rpida y satisfaccin a clientes.
Fabricacin: Actividad Interdisciplinar, afecta a todas las fases de la empresa
300 procesos identificados. Su nmero sigue en aumento.
No es posible ensearlos todos. Dificultad de informacin sobre posibilidades de procesamiento.
Planteamiento: agruparlos en familias. Estudiar sus caractersticas para obtener y asimilar ms fcilmente bases de conocimiento slidas.
Conocimientos nuevos pueden incorporarse fcilmente.
-
Organizacin de empresas y Sistemas de Produccin y Fabricacin 7 7
Objetivos de la Clasificacin
Facilita la planificacin del proceso (CAPP)
Permite valorar mejor las capacidades de proceso: raramente descritas
por los gestores de fabricacin, provocando desajustes entre
capacidades y necesidades, como por ejemplo, tolerancias bajas que
aumentan piezas defectuosas o altas que incrementan los costos
Ayuda a la recuperacin e integracin de la informacin en las
actividades de ingeniera de diseo y fabricacin, con una referencia de
informacin relacionada con los procesos ms usados
Permite de forma simultnea el estudio de un proceso individual,
identificando a la vez sus atributos crticos.
Familiarizacin con los procesos de fabricacin de dispositivos a
disear o mejorar, lo que puede conducir a la realizacin de productos
ms prcticos, menos costosos y mejor diseados para el consumidor.
-
Organizacin de empresas y Sistemas de Produccin y Fabricacin 8 8
Modelo morfolgico de Proceso de
Fabricacin (i)
Se pueden describir los procesos a travs de modelos que representen sus caractersticas comunes.
El modelo morfolgico, desarrollado por Alting, muestra que un proceso puede ser descrito mediante un sistema de flujos: flujo de material, flujo de energa y flujo de informacin
Nos centramos en el flujo de material, que puede ser descrito, a su vez, por tres caractersticas:
Tipo de proceso
Estado del material de la pieza
Naturaleza de la energa del proceso
-
Organizacin de empresas y Sistemas de Produccin y Fabricacin 9 9
Modelo morfolgico de Proceso de
Fabricacin (ii)
-
Organizacin de empresas y Sistemas de Produccin y Fabricacin 10 10
Tipo de Proceso
Se pueden establecer dos grandes categoras o divisiones:
Procesos de Conformado en los que se cambia la geometra o forma bsica de la pieza.
Procesos de no conformado o procesos de Tratamiento, que cambian las propiedades del material de la pieza.
Los procesos de conformado pueden dividirse a su vez en tres subcategoras, atendiendo al tipo de flujo de material:
Conservacin de masa: dM = 0, dM es el cambio de masa
Reduccin de masa: la geometra se obtiene eliminando parte del material de trabajo inicial de la pieza, dM < 0.
Procesos de unin: dos o ms componentes se unen, de forma permanente, para producir un nuevo componente, dM > 0.
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Estado del material
Dentro de cada uno de los tres tipos bsicos de procesos de conformado, el material de la pieza puede existir en diferentes estados fsicos.
El material de la pieza puede ser procesado en estado
Slido
Lquido
Granular
vapor.
En cada estado, se puede usar una energa de procesado diferente para conformar el material
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Naturaleza de la Energa del Proceso
Para cada tipo de proceso de conformado y para un estado de material de la pieza, slo se pueden utilizar ciertos mtodos de
procesamiento del material en funcin del tipo de energa
proporcionada al proceso. Este mtodo bsico, o naturaleza, de
interaccin entre proceso y pieza puede ser:
Mecnica (p.ej., deformacin plstica, corte)
Trmica (p.ej., fusin, evaporacin)
Qumica (p.ej., disolucin)
Los procesos de tratamiento modifican propiedades de los
materiales. Estos procesos se clasifican de acuerdo con sus
funciones (p.ej., un tratamiento trmico puede modificar las
propiedades de la superficie)
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Etapas de un proceso de conformado
Normalmente la ejecucin de un proceso de conformado puede ser dividida en las siguientes tres etapas:
Preparacin del material de la pieza
Conformado
Estabilizacin de la forma del material de la pieza
Ejemplo: En un proceso de fundicin,
La preparacin es la fusin del material.
El conformado es la operacin de rellenar, de forma
mecnica, la cavidad de la matriz con el material fundido.
La estabilizacin es la etapa de solidificacin del material de
la pieza
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Taxonoma de Procesos de Fabricacin (i)
Basndonos en los tres elementos del sistema de flujo de material, se pueden agrupar los procesos por familias creando una taxonoma* de los procesos de fabricacin conocidos.
En los captulos siguientes analizaremos distintas familias, basndonos en sus caractersticas comunes.
Se seleccionarn algunos procesos individuales, aportando informacin adicional para su comprensin y aplicacin.
La descripcin de cada proceso tratar de seguir, en principio, un formato preestablecido.
La seleccin de los procesos individuales se basa en las prioridades del entorno industrial y en las indicaciones establecidas en el proyecto de clasificacin considerado.
* Ciencia que trata de los principios, mtodos y fines de la clasificacin. Se aplica para la
ordenacin jerarquizada y sistemtica ( con sus nombres, grupos, etc.)
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Taxonoma de Procesos de Fabricacin (ii)
Fuente: Allen, Dell K., y Paul R. Smith, Process Classification, Monografa No. 5, Computer Aided
Manufacturing Laboratory Brigham, Brigham Young University, Provo, Utah, Enero 1980.
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Taxonoma de materiales en ingeniera