Procesos de fabricación de piezas y elementos mecánicos

Universidad Politécnica Territorial del Norte de Monagas «Ludovico Silva»
Programa Nacional de Formación en Ingeniería en Mantenimiento
PRINCIPIOS PARA EL DISEÑO
TECNOLOGÍA DE FABRICACIÓN
PROCESOS DE FABRICACIÓN DE PIEZAS Y ELEMENTOS MECÁNICOS
Francisco Hernández Suárez
Ingeniero Civil – CIV 234.470
Caripito, 2015.

APROXIMACIÓN A LA INGENIERÍA DE FABRICACIÓN
Universidad Politécnica Territorial
del Norte de Monagas «Ludovico Silva»
PNF Ingeniería en Mantenimiento
INGENIERÍA DE FABRICACIÓN
Conjunto de conocimientos referentes a procesos de
conformación de los materiales; a las máquinas, útiles,
instrumentos y sistemas de fabricación utilizados; y a los
controles y verificaciones necesarias para asegurar piezas
y productos acordes con las normas y especificaciones
establecidas, bajo criterios económicos y de rentabilidad.
El hombre desde el génesis de la humanidad destaca por la capacidad de procesar o
transformar los materiales que la naturaleza ha puesto a su disposición, para la
elaboración de herramientas y útiles que le ayuden a realizar ciertas funciones que no
podría llevar a cabo directamente con su esfuerzo físico, o por resultar pesadas y/o
costosas.
Se lleva a cabo la adquisición de los conocimientos
para la ejecución de los mismos, mediante un trabajo
de investigación.
FASE DE
INFORMACIÓN
Consiste en la concepción del producto de acuerdo con
los requerimientos exigidos.
FASE DE
DISEÑO
Se efectúa la transformación de los materiales hasta
obtener el producto terminado.
FASE DE
FABRICACIÓN

CALIDAD. GENERALIDADES
Calidad del producto
Calidad se puede definir por:
 La adecuación de un producto para su uso.
 La totalidad de características que determinan sobre la capacidad de un producto para satisfacer una necesidad
determinada. Más recientemente, algunas dimensiones de la calidad han sido identificadas, incluidas las
prestaciones del producto, dimensiones, durabilidad, fiabilidad, estética, y calidad percibida.
La calidad tiene factores que se pueden definir técnicamente, pero también depende de opiniones subjetivas.
 Se puede definir como todas las acciones necesarias para garantizar que se cumplirán todos los requisitos de
calidad.
 Esfuerzo total que un fabricante hace para garantizar que su producto es conforme a un conjunto detallado de
especificaciones y normas.
Aseguramiento de la calidad

Conjunto de técnicas operacionales usadas para cumplir las requisitos de calidad.
Para realizar un control de calidad se requiere:
 Medir cuantitativamente el nivel de calidad
 Identificar todos los materiales y las variables del proceso que pueden ser controladas.
CALIDAD. GENERALIDADES
Control de calidad
Las características del mercado global han creado la necesidad de establecer una homogeneidad internacional mediante
consenso de unos métodos para el establecimiento de la calidad, fiabilidad y seguridad de los productos.
Normativa de la ISO 9000
La serie ISO 9000 incluye las siguientes normas:
ISO 9001 Modelo de aseguramiento de la calidad en el diseño, producción, instalación y servicio.
ISO 9002 Modelo para el aseguramiento de la calidad en la producción y en la instalación.
ISO 9003 Modelo para el aseguramiento de la calidad en la inspección final y en los ensayos.
ISO 9004 Gestión de la Calidad y elementos de un sistema de calidad: Líneas de actuación
Normalización

PROCESOS DE FABRICACIÓN. GENERALIDADES
El proceso se define como el cambio en las propiedades de un objeto.
Para ello interaccionan: material con su información determinada, y la energía aplicada.
El material M1 tiene una información determinada, entre la que (se incluye
si está dividido o está todo). Durante el proceso se le aplica una energía
para transformarlo en M2 en donde parte de esta energía se pierde, y
parte del material también puede perderse en forma de desecho MD.
Además de la información en el material de salida, también hay una
información de control que en función de datos recogidos en el material
de entrada y salida, en la energía aportada y desechada, tiene la facultad
de variar los parámetros del proceso con el fin de optimizar variables de
coste, calidad y productividad.
Proceso de fabricación.
(Esquema básico)
Para obtener un componente, el material de entrada suele sufrir varias transformaciones; cada una de estas unidades
simples de transformación se le denomina proceso básico. De todos los procesos básicos de una cadena de
transformación, hay uno que es el principal, el más crítico para los fines de la transformación; a este proceso se le
llama proceso básico primario, el resto de procesos básicos son secundarios, y su objetivo es preparar el material
para el proceso básico primario, o dar un acabado a la pieza después del proceso básico primario.
Estructura básica

Flujo del material
ESTADO DEL
MATERIAL
Sólido
Granular
Líquido
Semisólido
CATEGORÍA DEL PROCESO (BÁSICOS)
Mecánicos Térmicos Químicos
Deformación plástica
Fractura frágil
Flujo
Deformación elástica
Mezcla
Colocación
Transporte
Fundición
Solidificación
Condensación
Calentamiento
Enfriamiento
Evaporación
Solución / disolución
Combustión
Endurecimiento
Precipitación
Transformación de fase
Deposición electroquímica
Difusión
TIPO DE FLUJO
Directo
La masa del objeto de entrada en el proceso es la misma que la del objeto de salida.
Divergente
La masa del objeto de entrada se divide en dos objetos, uno de los cuales puede ser el producto de desecho.
Convergente
El proceso une dos objetos diferentes para formar uno sola la salida.

Flujo de energía
Directo Indirecto
FLUJO DE ENERGÍA
PROCESOS BÁSICOS MECÁNICOS
 Fuente de energía mecánica para PB mecánicos
Energía de masa (cinética y potencial)
Presión en un medio
Vacío
 Fuente de energía eléctrica para PB mecánicos
Descarga entre electrodos: onda de choque en medio fluido
Campos electromagnéticos: inducción en conformado de tubos
Efecto magnetoestrictivo: maquinado ultrasónico
Efecto piezoeléctrico: maquinado ultrasónico
 Fuente de energía química para PB mecánicos
Explosivos
Detonación
Deflagración en pistón
 Fuente de energía térmica para PB mecánicos
Aprovecha la dilatación o contracción de materiales con la
temperatura para producir esfuerzos mecánicos.
Es muy frecuente usarlo la dilatación de gases.

Flujo de energía
Directo Indirecto
FLUJO DE ENERGÍA
PROCESOS BÁSICOS TÉRMICOS
La temperatura del material se puede elevar aportando la
energía directamente al material o a través de un medio de
transferencia.
 Fuentes de calor de origen mecánico
Son los que proceden de la fricción entre superficies,
principalmente.
 Fuentes de calor de origen eléctrico
Conducción eléctrica: resistencia
Inducción electromagnética: Corrientes parásitas.
Descarga eléctrica: arco o chispa
Calentamiento dieléctrico
Haz de electrones
LASER
Antorcha de plasma
 Fuentes de calor basadas en la energía química
Se basan en reacciones exotérmicas, como la combustión de
hidrocarburos, la reducción de óxidos.

Flujo de energía
Directo Indirecto
FLUJO DE ENERGÍA
PROCESOS BÁSICOS QUÍMICOS
Este tipo de procesos requiere un estudio profundo de las
condiciones energéticas de las reacciones químicas
involucradas en el proceso.
Flujo de información
Posibilidades
Conformación libre
Conformado
bidimensional
Conformado
unidimensional
Conformación total
El término flujo de información cubre la impresión de forma geométrica en el material de trabajo. Habitualmente la
geometría final de la pieza se genera a partir de la geometría de la herramienta y del patrón de movimientos entre la
herramienta y la pieza. Los principios básicos de creación de superficies se definen según la cantidad de información
final de la pieza que posee la herramienta.

PROCESOS DE FABRICACIÓN.
OPRERACIONES:
PROCESAMIENTO
Conformado
Fundición y moldeo.
Desprendimiento de material.
Procesamiento de partículas
Deformación (plástica,
elástica)
Mejora de propiedades Tratamientos térmicos.
Tratamientos (superficies)
Limpieza.
Recubrimientos.
OPRERACIONES:
ENSAMBLAJE
Unión permanente
Soldadura térmica.
Soldadura fuerte y blanda.
Pegado.
Ensamble mecánico
Sujetadores roscados.
Remaches.
Procesos de fabricación

Conformado de metales y aleaciones consistente en la preparación de un molde (de arena, metal u otro material) con la
forma de la pieza, en el cual se vierte (se cuela) el material fundido, dejándolo enfriar hasta su completa solidificación.
Fundición

Sistemas de moldeo

Fundición en arena

Ejemplos de molde, proceso de moldeado en moldes metálicos y de la pieza obtenida por fundición (por gravedad)
Fundición
Moldeado en moldes metálicos

Fundición a presión
 Piezas complicadas con aristas pronunciadas y espesores mínimos.
 Superficie de las piezas limpias y sin defectos.
 Por la presión el material resulta más compacto y sus propiedades mecánicas mejoran hasta un
20% con respecto a los metales colados por gravedad.

Velocidad de enfriamiento
La velocidad de enfriamiento afecta de forma decisiva a las
propiedades del material.
 Bajas velocidades de enfriamiento
Estructuras dendríticas gruesas, con grandes espacios entre ramas, que darán lugar a
granos grandes (ductilidad del material)
 Altas velocidades de enfriamiento
Desarrollo de granos más finos, pequeños, uniformes y resistentes. Esto mejora las
propiedades de la fundición:
 Mejora la resistencia.
 Disminuye la microporosidad.
 Aumenta el riesgo de agrietamiento del material.

Conformado por deformación
La conformación por deformación es aquella en la que se modifica de manera permanente la forma de un sólido
aplicando tensiones superiores al límite elástico del material, a temperaturas inferiores a la de fusión.
Diagrama esfuerzo-deformación.
(Materiales frágiles/dúctiles)
Deformación Elastoplástica
Prensa para embutir.
Lata, obtenida por
embutición.

 Soluciones
 Deformar al material más de lo necesario, para que una vez recuperada
elásticamente la geometría se aproxime a la buscada.
 Deformar localmente el material para minimizar el grado de
recuperación.
 Conformar la pieza a alta temperatura.
 En plegado, someter la chapa a una esfuerzo de tracción mientras se
pliega.
Una vez que desaparece la(s) carga(s), un régimen elástico hará que la pieza recupere su forma.
Recuperación Elástica

Consiste en dar sucesivas pasadas al material entre unos rodillos, a partir de
lingotes hasta obtener la chapa del espesor o el perfil de la forma requerida.
Laminación
Fabricación de vigas

Máquinas especialmente diseñadas para realizar movimientos alternativos desarrollando elevados esfuerzos.
Se utilizan en múltiples procesos de fabricación y especialmente en procesos de conformado por deformación plástica.
Prensas
Características de las prensas
 Fuerza máxima (accionamiento, estructura)
 Capacidad de trabajo.
 Velocidad, cadencia (nº golpes/tiempo)
 Carrera máxima (carrera efectiva regulable: punto muerto
inferior-PMI y superior-PMS)
 Tamaño (zona de trabajo)
 Coste (coste horario de amortización)
 Funcionamiento automático.

 Geometría desarrollable
La chapa se somete a esfuerzos de flexión.
 Curvado y doblado o plegado.
 Geometría no desarrollable
Se conforman acortando o alargando algunas zonas.
 Repujado o entallado
 Embutición profunda
 Estirado
 Otros
Conformado de chapas

Es el doblado de chapa en prensa tal que forme un ángulo diedro, de arista más o menos redondeada.
Se pueden obtener con este procedimiento una amplia variedad de trabajos
Conformado por deformación.
Plegado

Embutición profunda
Utilizando una matriz o estampa se forma un cuerpo hueco a partir una chapa plana cortada a medida.
En función de la profundidad de la embutición, esta puede realizarse en un único estirado o en estirados sucesivos.

Punzonado
Realización de agujeros mediante punzones (cizallado del material)
Clasificación
 Manual
 Mecánico (simple, múltiple, automático)
Aspecto del agujero por punzonado.

Forja
La forja es el procedimiento por el que se da forma a los metales mediante golpes,
generalmente con el material a alta temperatura; mejora considerablemente las propiedades
mecánicas del material y puede realizarse manual o automáticamente.
 Forja abierta
Se utilizan cavidades sencillas con el objeto de:
• Aproximar la forma de una pieza que se termina por estampación.
• Forjar piezas de tamaño grande.
• Series pequeñas.
 Por estampación
Se utilizan matrices cerradas (estampas). Destinado a la producción de:
• Piezas en serie.
• Geometrías complejas.

Conformado consistente en hacer fluir un material a través del orificio de una matriz, con una sustancial reducción de
sección, mediante algún sistema que le transmita gran cantidad de energía en poco tiempo.
Características
 Buenos acabados superficiales y tolerancias.
 Altas resistencias mecánicas.
 Permite obtener perfiles de geometría compleja.
Extrusión

Mecanizado
En el mecanizado o arranque de virutas se obtienen las piezas separando partes del
material (virutas) por medios mecánicos y con herramientas de filo.
Según el filo de la herramienta que realiza el arranque de viruta:
 Arranque con filo geométricamente determinado
 Cepillado
 Fresado
 Arranque con filo no determinado
 Rectificado

Homogénea  Fusión
Autógena (oxiacetileno)
Arco eléctrico
Haz de electrones
Plasma
Láser
 Presión
Resistencia
Ultrasonidos
Explosión
Presión en caliente
Fricción
 Alta resistencia
Heterogénea  Según temperatura
 Soldadura fuerte
 Soldadura fuerte
 Según método
 A la llama
 Inmersión
 Al horno
 Inducción
PEGADO
REMACHADO
SOLDADURA
Uniones fijas

Soldadura
Uniones fijas

Soldadura por resistencia
 Sólo calienta la zona a soldar.
 Es más rápida.
 Permite soldar piezas de diferente espesor, e incluso, material.
 No se necesita material de aportación
Soldadura
Uniones fijas

Uniones fijas
La unión se realiza utilizando pegamentos, generalmente plásticos líquidos que
se adhieren mediante la acción del calor, o a la temperatura ambiente con
endurecedores que actúan por vía química.
Pegado
Remachado

 Lograr una estructura de menor dureza y mayor maquinabilidad.
 Obtener la máxima dureza y resistencia.
 Eliminar tensiones internas para evitar deformaciones posteriores al mecanizado.
 Eliminar la acritud ocasionada por una deformación en frío.
 Conseguir una estructura más homogénea.
 Variar alguna propiedad física.
Mejora de propiedades
Tratamientos térmicos
 Transporte.
 Verificaciones: dimensionales, geométricas y superficiales.
 Ensayos no destructivos.
 Ensayos destructivos.
Operaciones auxiliares

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