Texto Tecnologias de Manufactura Avanzados 2012

ING. DANIEL RODRIGUEZ SALVATIERRA

TECNOLOGIAS DE MANUFACTURA

CONTENIDO Prefacio Agradecimiento Dedicatoria Acerca del Autor Parte I: INGENIERIA DE MANUFACTURA 1. LA MANUFACTURA 1.1 La Ingeniería de Manufactura………………………………… 8 1.2 La Ingeniería del Producto …………………………………… 9 1.3 Las Normas Técnicas ………………………………………..12 1.4 La Manufactura Convencional y la Manufactura Avanzada 14 2. CLASIFICACION GENERAL DE LOS PROCESOS DE MANUFACTURA. 2.1 Operaciones de proceso 2.1.1 Procesos que cambian la forma del material…………………….13 1. La Fundición……………………………………………………. 17 2. La Metalurgia de Polvos ……………………………………… 26 3. Formado de Metales en frio y en caliente …………………. 28 4. Remoción de material con desprendimiento de viruta …… 39 2.1.2 Procesos que mejoran las propiedades………………………….40 2.1.3 Procesos que mejoran las superficies……………………………41

2.2 Operaciones de ensamble 2.2.1 Procesos de unión permanente: La soldadura …………………42 2.2.2 Procesos de ensamble mecánico………………………………….46

3. OPERACIÓN Y PROGRAMACION DE MAQUINAS CNC 3.1 Las Maquina CNC …………………………………………….47 3.2 Operación de las Maquinas CNC…………………………… 58 3.3 Fundamentos de Programación Manual CNC 3.3.1 Fundamentos de Programación CNC ……………………. …… 65 3.3.2 Funciones de Programación CNC ..……………………………. 67 3.3.3 Programación Manual CNC……………………………..……….. 73

Parte II: La Manufactura Asistida por Computadora CAD/CAM 4. PROGRAMACION Y SIMULACION DE TORNO CNC CON CAD/CAM 4.1 Diseño o importación………………………………………… 78 ING. DANIEL RODRIGUEZ SALVATIERRA

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4.2 Edición de Operaciones de mecanizado…………………... 78 4.3 Simulación Virtual en 2D y 3D………………………………. 79 4.4 Post y Transmisión de programas PC a CNC…………….. 79

5. PROGRAMACION Y SIMULACION DE FRESADORA CNC CON CAD/CAM 5.1Diseño o importación………………………………………… 82 5.2 Edición de Operaciones de mecanizado…………………..82 5.3 Simulación Virtual en 2D y 3D………………………………83 5.4 Post y Transmisión de programas PC a CNC……………. 83

Parte III: Sistemas de Producción Avanzados 6. LINEAS DE PRODUCCION Y ENSAMBLE CONVENCIONALES 6.1 Líneas de Producción Convencional…………………………………..85 6.2 Líneas de Ensamble Convencional ……..…………………………….86

7. SISTEMAS MODERNOS DE FABRICACION 7.1 Líneas TRANSFER ……………………………………………………...89 7.2 Líneas TRANSFER FLEXIBLES……………………………………….90 7.3 Sistemas de Manufactura Flexible FMS……………………………...91 7.4 Celdas de Manufactura Flexible FMC………………………………...92 7.5 Las Maquinas CNC Unitarias…………………………………………..93 7.6 Las Maquinas Convencionales………………………………………...93

8. SISTEMAS DE MANUFACTURA INTEGRADA POR COMPUTADORA CIM 8.1 Introducción a los sistemas de manufactura avanzada…………….94 8.2 Tecnologías CAD-CAE-CAPP-CAM-FMS- CAQ- ERP-MRP- PPSCIM. ………………………………………………………………………95 8.3 Desarrollo de la Manufactura Integrada por Computadora CIM. ….107 8.4 El Mundo de la Robótica ……………………………………………… 115 Bibliografía………………………………………………………………… 122

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Prefacio La constante competitividad y deseos de una mejora continua requiere actualizar las tecnologías de producción, de tomar decisiones acertadas y rápidas de manera que se deben adoptar las técnicas adecuadas para el logro de los objetivos que persigue la industria nacional. Desde siempre en la mente de todo emprendedor esta crear un bien o servicio que brinde una utilidad o bienestar para la sociedad y rentabilidad para su empresa. Cualquier diseño u objeto creado como: Maquina, herramienta, equipo, electrodoméstico, accesorio, vehículo, repuesto o elementos en general, que es desarrollado, debe ser fabricado para darle una utilidad real, como pieza individual o como parte de un mecanismo como: Bombas, ventiladores, bicicletas, chancadoras, molinos, fajas transportadoras, etc. Estas maquinas o equipos después formaran parte de una Línea de Producción continuo como del azúcar, del esparrago, bebidas, harinas o de Producción intermitente como carrocerías, estructuras, vehículos. La Manufactura o Procesos de Manufactura es una de las fuentes propulsores del desarrollo industrial de un país, pero si esta se apoya en tecnología de punta, con la ayuda de la computadora y de la Ingeniería de Software, entonces estaríamos hablando de la Manufactura Asistida por Computadora CAD/CAM, es decir, el desarrollo de procesos de manufactura complejos. Los SISTEMAS DE MANUFACTURA AVANZADOS desarrolla procesos no posibles en la forma convencional, logrando optimizarlos utilizando mecanismos de alta precisión, flexibilidad, productividad y económicos, lo que permite desarrollar desde pequeños lotes hasta alta producción de muchos productos con aplicaciones automatizadas en el campo industrial. La automatización de los procesos industriales en estos últimos años ha dado lugar a un avance espectacular de la industria. Todo ello ha sido posible gracias a una serie de factores entre los que se encuentran las nuevas tecnologías en el campo mecánico, la introducción de los computadores, y sobre todo el control y la automatización de sistemas y procesos. La incorporación de los computadores en la producción es, sin lugar a dudas, el elemento importante que está permitiendo lograr la automatización integral de los procesos industriales. La aparición de la nano-electrónica y de los microprocesadores ha facilitado el desarrollo de técnicas de control complejas, la robotización, la implementación de sistemas integrados de control y de producción. Todos estos elementos llevan consigo la reducción de costos, el aumento de la productividad y la mejora de calidad del producto. En la primera época de la automatización estuvo marcada por la aplicación de dispositivos mecánicos capaces de controlar una secuencia de operaciones y el comienzo del estudio sobre la regulación automática. Además, a nivel de empresa, se desarrolló el concepto de producción continua tanto para la ING. DANIEL RODRIGUEZ SALVATIERRA

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fabricación de productos típicamente continuos, como para los de tipo discreto. En la segunda época, desde la Segunda Guerra Mundial hasta nuestros días, se ha caracterizado por la aparición de la microelectrónica y con ello la de los computadores, y a su vez por el gran avance de la Teoría del Control y redes de comunicación ópticas. También en esta época, la introducción de los robots industriales en la fabricación de series pequeñas y medianas ha incrementado sustancialmente la flexibilidad y autonomía de la producción. El objetivo de este presente texto y en base a mi experiencia transcurridas en el área de la manufactura por las empresas muy tecnificadas que labore pretendo transmitir estas tecnologías muy pocos enseñadas en este país por instituciones educativas a nivel de especialización. Espero que el estudiante estará en condiciones de: Comprender los conceptos y técnicas relacionados con la Manufactura Asistida por Computadora: CAD, CAM, CNC, CAQ, FMS, CIM. Utilizar correctamente y aplicar el software especializado de programación y fabricación CAD/CAM para las Maquinas CNC. Conocer Sistemas de Manufactura Flexible FMS, Celdas de Fabricación FMC. Desarrollar métodos y los requerimientos de recursos técnicos y humanos para operar Sistemas de Producción Avanzados, que pueden ser utilizados para crear sistemas manufactureros competitivos aplicando parámetros de Productividad, Calidad, Flexibilidad y Costos mínimos. AGRADECIMIENTO Agradezco eternamente a todos mis profesores de la universidad, así como a mis Jefes directos y Gerentes que me apoyaron y confiaron en mí para el buen desempeño de mis labores. Los viajes al exterior, como Argentina, Israel y Estados Unidos, en cursos y visitas a Ferias Internacionales de Manufactura como el IMTS(International Manufacturing Tools System) me valieron para hacer un análisis más amplio de esta tecnología de Manufactura. Agradeceré el apoyo de todos los estudiantes o usuarios, por si exista algún error de escritura o información, con mucho gusto hare las correcciones respectivas para mejorar la calidad de este texto. DEDICATORIA Dedico este pequeño texto a mis padres Mauricio Rodríguez Bernabé y mi madre Dolores Salvatierra Cruz, que siempre me inculcaron que la única herramienta que me hará progresar es el estudio. También dedico a mi esposa Flor Zavala y a mis hijos Diana y Fred que me escucharon y también concluyeron sus estudios universitarios; ahora son mis colegas.

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Acerca del Autor El Ingeniero Daniel Rodríguez Salvatierra, nace el 02 de Julio de 1956 en la ciudad de Trujillo, La Libertad – Perú, realizo estudios de Ingeniería Industrial, estudios que lo realizo en la Universidad Nacional de Trujillo y Maestría en Docencia Universitaria en la Universidad Cesar Vallejo. Su trayectoria profesional es: EXPERIENCIA PROFESIONAL Diciembre 2000 a la fecha: Asesoría de empresas en Tecnología CAD CAM: NOVA, QPLAS, PIERIPLAST, MELAFORM, SEGURINDUSTRY, FISAC, FAMECA, LA CASA DEL TORNILLO, STEEL INDUSTRY, FUNDICION CALLAO, SENATI, etc. Marzo1996 - Septiembre 1999: Fabricación Industrial de Maquinarias, FIMA S.A. - Empresa Metal-mecánica, fabricante de Equipos de Minería, Plantas completas de harina de pescado, Equipos para plantas de azúcar y diversos equipos industriales. Cargo : Jefe de Producción, Área Mecánica –CNC (4 años) Enero 1982 - Marzo 1996:

Motores Diesel Andinos S.A., MODASA - Empresa Automotriz, fabricante de Motores Diesel VOLVO, PERKINS, Grupos Generadores, Carrocerías, repuestos y aplicaciones automotrices diversas. Cargo: Jefe de Ingeniería de Métodos (3 años) Cargo: Jefe de Departamento Fabricación Componentes-CNC (7años)

Agosto 1980 - Junio 1981:

Industrias Harman S.A. - Empresa Metal-mecánica, fabricante de Hornos industriales, Cajas de Seguridad y Equipos Industriales diversos. Cargo: Supervisor en Planta Departamento de Producción

EXPERIENCIA DOCENTE UNIVERSITARIA Abril 2002 al 2009 :

UNIVERSIDAD PARTICULAR CESAR VALLEJO Profesor Auxiliar de la Escuela de Ingeniería Mecánica “Manufactura Moderna “ “Ingeniería de Producción “

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Abril 2000 a la fecha:

Abril 2000 a la fecha:

Febrero a Dic del 2000:

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Profesor Auxiliar de Escuela de MECATRONICA Curso “Sistemas de Manufactura Reconfigurable” UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Profesor Auxiliar de la Escuela de Ingeniería Industrial Cursos " Manufactura Asistida por Computadora CAM" “Ingeniería de Métodos" “Automatización Industrial" “Sistemas de Calidad" “Sistemas de Producción Avanzados” SENATI ZONAL LA LIBERTAD Instructor de Técnicos Industriales - Mecánica de Producción

Espero compartir mis experiencias adquiridas en cursos de capacitación en el extranjero, referente a esta especialidad, como en Promecor, Córdoba - Argentina; Iscar, Tefen - Israel; Meriland EE.UU. y visitas a Ferias Internacionales como International Manufacturing Tools Sistem (IMTS), en Chicago, Illinois – EE.UU. Desarrollo el siguiente texto con mucho cariño para los estudiantes y usuarios, como material de consulta; y dado que la Tecnología de Manufactura Avanzados es muy amplia, progresivamente se irá incrementando temas afines.

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Parte I: INGENIERIA DE MANUFACTURA: 1. LA INGENIERIA DE MANUFACTURA La manufactura es la transformación de la materia prima, metálica y no metálica en una maquinaria o equipo o un bien o servicio, con mayor valor agregado considerado uno de los rubros que genera más empleo en un país. Abarca varias aéreas de ingeniería: 1.1 INGENIERÍA DE MANUFACTURA. Es la ciencia que estudia los procesos y fabricación de componentes mecánicos con la adecuada precisión dimensional, así como de la maquinas Herramientas y demás equipos necesarios para llevar a cabo la realización física de tales procesos, su automatización, planificación y verificación. La Ingeniería de Manufactura es una función que lleva acabo el personal técnico de Ingeniería, y está relacionado con la planeación de los procesos de manufactura para la producción económica de productos de alta calidad. Su función principal es preparar la transición del producto desde las especificaciones de diseño hasta la manufactura de un producto físico. Su propósito general es optimizar la manufactura dentro de la empresa determinada. el ámbito de la ingeniería de manufactura incluye muchas actividades y responsabilidades que dependen del tipo de operaciones de producción que realiza la organización particular. Entre las actividades 1) 2) 3) 4) 5) 6)

Diseño del producto y análisis de esfuerzos Planeación de los procesos Métodos y mejoramiento continuo. Diseño de planta para capacidad de manufactura Gestión y control de recursos Costos y presupuestos

Recursos: MP

Materiales Acero Bronce Aluminio Plástico Madera Fundición gris Cobre …etc.

M.O. – MAQ. HTAS – ENERGIA - CAPITAL PROCESOS DE MANUFACTURA Fundición, forja, temple, cromado, etc.

Maquinas herramientas Prensa Taladro Torno Fresadora Rectificadora Cizalla Roladora …etc.

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PT

Partes o piezas Polea Pistón Eje Manija Engranaje Monoblock Carcasa …etc.

ENSAMBLE

MAQUINARIA O EQUIPO

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1.2 INGENIERIA DEL PRODUCTO La Ingeniería del Producto es una especialidad que comprende desde el diseño del producto que se desea comercializar, tomando en cuenta las Normas Técnicas y todas las especificaciones requeridas por los clientes. Una vez elaborado dicho producto se deben realizar ciertas pruebas de ingeniería, consistentes en comprobar que el producto cumpla con el objetivo para el cual fue elaborado; Y por último brindar la asistencia requerida al departamento de mercadotecnia para que esté pueda realizar un adecuado plan (de mercadotecnia) tomando en cuenta las características del producto. La introducción de nuevos productos Estrategias para la introducción de nuevos productos 1. Impulso de mercado Se debe fabricar lo que se puede vender Se identifican necesidades en el mercado para cubrir. Marketing es clave. Estudios de mercado CRM (retroalimentación) 2. Interfuncional La innovación de productos es resultado de un esfuerzo coordinado de todos los departamentos de la empresa 3. Impulso tecnológico Se debe vender lo que se puede fabricar Las nuevas tecnologías presentan oportunidades de fabricación de nuevos productos para los que habrá que crear mercado Las ideas son clave del éxito en una empresa.

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El Diseño del Producto y las especificaciones requeridas por el cliente. Los productos son requeridos en todos los campos industriales, así como en la vida humana. Esta tiene que cumplir con requisitos o especificaciones técnicas muy estrictas según las necesidades del cliente.

Aplicaciones de los productos en todos los campos industriales y humanos. El proceso de desarrollo de nuevos productos DESARROLLO DE NUEVOS PRODUCTOS

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CICLO DE VIDA DE UN PRODUCTO

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1.3 LAS NORMAS TECNICAS Definición y objetivos. • Es un documento técnico, aprobado por un organismo reconocido y accesible al público, • Contiene reglas, condiciones, o requerimientos relacionados con: – definición de términos, clasificación de componentes; – especificación de materiales, – desempeño u operaciones; – medidas de calidad y cantidad para materiales, productos, sistemas, servicios, – Prácticas y métodos recomendados •

•

NORMALIZACIÓN EN PERU En Perú, la Normalización, como actividad sistemática y organizada es de origen reciente. Como primer intento de unificación, se dio la Ley de Pesas y Medidas el 16 de diciembre de 1862, siendo Presidente el General Miguel San Román, por la que se estableció el Sistema Métrico Decimal, cambiando las unidades de medida usadas hasta ese momento en el país, que se derivaran principalmente de las coloniales e incaicas. Posteriormente, la preocupación por la normalización se plasma en una serie de reglamentos y códigos de construcción. La normalización tal como se entiende actualmente, se inicia con la creación del Instituto Nacional de Normas Técnicas Industriales y Certificación (INANTIC) con ley de Promoción Industrial Nº 13270 de noviembre de 1959, que continuó sus actividades hasta 1970. La Ley General de Industrias D.L. Nº 18350 y posteriormente, los D.L. 19262 y 19565 crean y fijan objetivos y funciones del Instituto Nacional de Investigación Tecnológica y Normas Técnicas (ITINTEC), que funcionó hasta noviembre de 1992. Actualmente las labores de normalización están a cargo del Instituto Nacional de Defensa de la Competencia y de la Protección de la Propiedad Intelectual (INDECOPI), creado por Ley 25818 del 24 de noviembre de 1992.

Desarrollo de una Norma Técnica. Es elaborada por el CONSENSO de las partes interesadas (fabricantes, consumidores, Ministerios, sector académico profesional, y otros). • Es requisito para el intercambio comercial global entre productos y compañías que participan en mercados extranjeros, lo que asegura su aceptación. • Su aplicación acostumbra a ser “voluntaria”. • Contiene especificaciones de calidad (terminología, métodos de ensayo, etc.) • Está BASADA en los resultados de la experiencia y el desarrollo tecnológico. Quienes lo exigen: • El Gobierno: Lo exige para que un producto pueda ser vendido al público. • Sectores industriales: Es condición para hacer compras o incluir en un diseño. • Sociedades de ingeniería: Se exige su conocimiento, certificación de uso y calificación de especialistas. • Organismos internacionales: Se exige en intercambio internacional: comercio, tecnología, legislación. • Corporaciones: Crea el factor competitivo, necesario para la acreditación de calidad.

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EL ÁREA DE PRODUCCIÓN está considerado como uno de los departamentos más importantes, ya que formula y desarrolla los métodos más adecuados para la elaboración de los productos y/o servicios, al suministrar y coordinar: mano de obra, equipo, instalaciones, materiales, y herramientas requeridas. Funciones de otras Áreas: 1. Ingeniería de la planta: Es responsabilidad del departamento de producción realizar el diseño pertinente de las instalaciones tomando en cuenta las especificaciones requeridas para el adecuado mantenimiento y control del equipo. 2. Ingeniería Industrial: Comprende la realización del estudio de mercado concerniente a métodos, técnicas, procedimientos y maquinaria de punta; investigación de las medidas de trabajo necesarias, así como la distribución física de la planta. 3. Planeación y Control de la Producción: Es responsabilidad básica de este departamento establecer los estándares necesarios para respetar las especificaciones requeridas en cuanto a calidad, lotes de producción, stocks (mínimos y máximos de materiales en almacén), mermas, etc. Además deberá realizar los informes referentes a los avances de la producción como una medida necesaria para garantizar que se está cumpliendo con la programación fijada. 4. Abastecimiento: El abastecimiento de materiales, depende de un adecuado tráfico de mercancías, embarques oportunos, un excelente control de inventarios, y verificar que las compras locales e internacionales que se realicen sean las más apropiadas. 5. Control de Calidad: Es la resultante total de las características del producto y/o servicio en cuanto a mercadotecnia, ingeniería, fabricación y mantenimiento se refiere, por medio de las cuales el producto o servicio en uso es satisfactorio para las expectativas del cliente; tomando en cuenta las normas y especificaciones requeridas, realizando las pruebas pertinentes para verificar que el producto cumpla con lo deseado 6. Área de Fabricación: Aquí se inicia el proceso de transformación o manufactura necesario para la obtención de un bien o servicio.

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1.4 La Manufactura Convencional y la Manufactura Avanzada.

MANUFACTURA CONVENCIONAL 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Variedad limitada productos Diseños simples y antiguos Costos variables Tiempos largos de entrega Stock de inventarios Mayor numero de maquinas. Tamaño grande de plantas. Productos rechazados 20 – 30%.

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VS

MANUFACTURA AVANZADA 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Gran variedad de productos Diseños modernos y actualizados Costos fijos y competitivos Tiempos cortos de entrega Stock cero Menor número de maquinas. Tamaño mínimo de plantas. Productos rechazos 2%.

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1. CLASIFICACION GENERAL DE LOS PROCESOS DE MANUFACTURA

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1.1 Operaciones de proceso

1.1.1 Procesos que cambian la forma del material. 1. LA FUNDICION, MOLDEADO: TIPOS Proceso de producción de piezas metálicas a través del vertido de metal fundido sobre un molde hueco, por lo general hecho de arena. El principio de fundición es simple: se funde el metal, se vacía en un molde y se deja enfriar, existen todavía muchos factores y variables que se deben considerar para lograr una operación exitosa de fundición. La fundición es un antiguo arte que todavía se emplea en la actualidad, aunque ha sido sustituido en cierta medida por otros métodos como el fundido a presión (método para producir piezas fundidas de metal no ferroso, en el que el metal fundido se inyecta a presión en un molde o troquel de acero).

Proceso de fundición en arena ING. DANIEL RODRIGUEZ SALVATIERRA

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TIPOS DE FUNDICION. Existen diversos métodos de fundición como: Fundición en Arena, Fundición a la cera perdida, fundición en concha, fundición al vacio, fundición centrifuga, fundición en coquilla, fundición al poliestireno expandido (tecnopor), etc. 1. FUNDICION EN ARENA Es uno de los pocos procesos adecuado para metales férreos (Acero o fundición), níquel o titanio, ya que poseen temperaturas de fusión muy altas para fabricarse con moldes permanentes o desechables de yeso. Además de los citados materiales, este proceso se utiliza también para la fusión de aleaciones de cobre (tales como bronces), aluminio y sus aleaciones. En cambio sería inapropiado para grandes series de piezas de metales no férreos o que precisen de cierta precisión dimensional (piezas que no queramos mecanizar o hacerlo mínimamente posteriormente.) Los moldes pueden realizarse manualmente para pequeñas series o automatizarse para series mayores. Proceso de fundición:

En el dibujo se muestra con un ejemplo particular como se moldea una pieza. Se vierte el metal fundido por el bebedero, en este caso por gravedad, hasta la cavidad del molde mediante los canales de alimentación. El molde en este caso consta de dos bloques para que sea más fácil el moldeo (realizar la cavidad) aunque como puede intuirse este molde deberá destruirse para obtener el sólido resultante después de la colada (existen moldes en que esto no es necesario.) Si se desea realizar un agujero o hueco en la pieza debe utilizarse un elemento sólido, noyo, que no permita que el metal llegue a esa zona. A veces, dependiendo del material y del tipo de moldeo, se añaden a los canales de alimentación un depósito denominado mazarota que se llena en la colada con el metal fundente y que va aportando material a las cavidades de la pieza conforme estas se van enfriando evitando así rechupes y poros internos en la pieza. Muchas veces se utiliza el propio bebedero como depósito El sólido obtenido consta en este caso de dos piezas y de los canales de alimentación que deben separarse de estas, es lo que se denomina desbaste.

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Recordar que en general las piezas obtenidas por fundición son menos costosas que las forjadas, estampadas o soldadas. Existen, ciertamente, una serie de limitaciones respecto a las piezas obtenidas mediante procesos de moldeo como su porosidad, el no poder absorber grandes esfuerzos (como lo harían las piezas de forja), baja precisión dimensional, peor acabado superficial además de los problemas que comportan dichos procesos como riesgos de seguridad para trabajadores y repercusiones medio ambientales.

La arena de moldeo, que se utiliza para realizar los moldes, requiere una serie de cualidades: Refractariedad: Debe resistir altas temperaturas ya que está en contacto con el metal fundido. El sílice resiste altas temperaturas. Plasticidad: Se debe adaptar a la forma del modelo. Esto dependerá de la finura y calidad de sus granos, la cantidad de arcilla y la humedad de esta. Debe tener cierta fluencia en el desmoldeo en las superficies con despullas. Permeabilidad: Es la propiedad de dejar evacuar los gases de la colada a través suyo, muy importante para evitar los poros internos en las piezas. Depende del tamaño y regularidad de los granos de arena, la cantidad de arcilla, la intensidad de apisonado. Esta permeabilidad puede incrementarse realizando agujeros para salida de gases o secándolas. Cohesión: Deben conservar en todo momento la forma de la cavidad y tener cierta resistencia, por lo que se utilizan aditivos aglutinantes orgánicos, resinas fenólicas o resinas foránicas.

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La composición de las arenas será de un 70 a un 80% de sílice, entre un 5 a un 15% de arcilla, un 3 a un 5% de impurezas (óxido de hierro, materias alcalinas y orgánicas) y un 7 a un 10 % de agua. En el caso de la arena verde esta contiene muy poca humedad y un decapante de negro mineral de entre un 2 a un 6%. En el caso de moldeo en verde del magnesio se mezcla con un 5-15% de azufre y un 5-20% de borax. También existen arenas sintéticas a partir de sílice puro, con arcilla, cierta humedad y aglomerantes. Incluso en el caso de fundición de aceros difíciles se pueden llegar a mezclar con cemento Porland. En el tipo de moldes la arena verde se mezcla con silicato de sodio para posteriormente ser apisonada alrededor del modelo. Una vez armado el molde se inyecta bióxido de carbono a presión con lo que reacciona el silicato de sodio aumentando la dureza del molde. Se logra moldear en menos de una hora y estar listo para agregar el metal fundido y obtener la pieza deseada. Los modelos deben ser del 1 al 2% más grande para compensar la doble contracción del metal al enfriarse desde líquido a solido caliente y de solido caliente a solido frio. Material: % contracción Acero 0,30 C 1,68 Acero 0,8% C 1,55 Aluminio 1,7 Bronce (10% Sn) 0,77 Bronce (20% Sn) 1,54 Fundición gris 1 Fundición blanca 1,5 Fundición maleable 1,4 Fundición esferoidal 0,8 Aleaciones ligeras 1,4 Latón (30% Zn) 1,58 Plomo 1,1 Estaño 0,7 Zinc 1,6 También considerar un sobre material de 1.5 a 3 mm para la zona a maquinar.

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2. FUNDICON A LA CERA PERDIDA Es un proceso muy antiguo para la fabricación de piezas artísticas. Consiste en la creación de un modelo en cera de la pieza que se requiere, este modelo debe tener exactamente las características deseadas en la pieza a fabricar. El modelo de cera es cubierto por una capa de yeso o un material cerámico que soporte el metal fundido. Para que seque ese material cerámico se introduce a un horno, con ello el material cerámico se endurece y el modelo de cera se derrite. En el molde fabricado se vacía el metal fundido y se obtiene la pieza deseada. Es un proceso que es utilizado para la fabricación de piezas ornamentales únicas, muy complejas o con muy pocas copias.

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3. FUNDICION EN CONCHA El moldeo en concha es indicado para grandes series de piezas de tamaño pequeño y medio. Consiste en fabricar una cáscara de arena aglutinada a partir de un modelo metálico y una caja de volteo y utilizar esta como molde. El inconveniente de este sistema es el costo del modelo. Su principal ventaja es que se pueden obtener piezas de gran precisión dimensional (tolerancias de 0,25 mm) y de buen acabado superficial (Ra = 2,5 mm) con lo cual en muchas piezas nos ahorraremos el mecanizado posterior. Se utiliza en fundiciones de acero de hasta 10kg tales como engranajes, cuerpos de válvulas, árboles de levas.

Descripción del Proceso: [1] Calentamiento del modelo. [2] Volteo de la caja vertiendo la arena mezclada con resina sobre el modelo. [3] Parte de la mezcla queda adherida al modelo por la cura de la resina, el resto queda en el fondo tras el nuevo volteo. [4] Se acaba de curar la resina por calentamiento. [5] Se desprende la cáscara formada del modelo. [6] Se unen dos mitades de las conchas fabricadas sostenidas por arena o granalla metálica y se procede al vaciado del metal fundido. [7] La pieza final obtenida.

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4. FUNDICION AL VACIO Procedimiento de moldeo de arena en seco en el cual no se necesitan aglutinantes por lo que se facilita la recuperación de la arena. Se describe el proceso con láminas de plástico aunque a veces no precisemos de ellas y si de una cámara de vacío.

[1] Se construye un modelo metálico con pequeños orificios para poder succionar una hoja de plástico y se dispone esta sobre el modelo. [2] Se coloca una caja de moldeo sobre el modelo. [3] Se cubre la parte superior de la caja con una segunda hoja de plástico. [4] Se realiza el vacío en el interior del molde de arena para mantener la arena ligada. [5] Se juntan los moldes y se vierte el metal fundido.

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5. FUNDICION CENTRIFUGA La fundición centrífuga es un método en el que aprovecha la fuerza centrífuga que se puede general al hacer girar el metal en tordo de un eje. Existen tres tipos de fundición centrífuga: I. II. III.

Fundición centrífuga real Fundición semicentrífuga Centrifugado

I. Fundición centrífuga real

Es el procedimiento utilizado para la fabricación de tubos sin costura, camisas y objetos simétricos, los moldes se llenan del material fundido de manera uniforme y se hace girar al molde sobre su eje de rotación. II. Fundición semicentrífuga Es un método en el que el material fundido se hace llegar a los extremos de los moldes por la fuerza centrífuga que genera hacer girar a los moldes, los extremos se llenan del material fundido, con buena densidad y uniformidad. El centro tiene poco material o de poca densidad. Por lo regular el centro en este tipo de sistemas de fundición es maquinado posteriormente.

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III. Centrifugado Es un sistema donde por medio de un tallo se hace llegar metal fundido a racimos de piezas colocadas simétricamente en la periferia. Al poner a girar el sistema se genera fuerza centrífuga la que es utilizada para aumentar la uniformidad del metal que llena las cavidades de los moldes.

6. FUNDICION A BAJA PRESION El proceso se realiza con molde permanente. En la fundición a baja presión , el metal liquido se introduce dentro de la cavidad a una presión aproximada de 0.185Mpa, aplicada desde el punto de abajo, de manera que el metal fluye hacia arriba, la presión se mantiene constante hasta que se solidifica la fundición.

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7. FUNDICION EN COQUILLA La fundición en moldes permanentes hechos de metal es utilizada para la producción masiva de piezas de pequeño o regular tamaño, de alta calidad y con metales de baja temperatura de fusión. Sus ventajas son que tienen gran precisión y son muy económicos, cuando se producen grandes cantidades. Existen varios tipos de moldes metálicos utilizados para la fabricación de piezas por lo regular de metales no ferrosos.

8. FUNDICION AL POLIESTIRENO EXPANDIDO. En este sistema de fundición el modelo está hecho con poliestireno expandido(tecnopor). Este modelo incluye además bebedero, canales de alimentación, mazarota y en algunos casos incluso un noyo de arena en su interior. El molde es de arena que se compacta entorno a este. Una vez moldeado, se vierte el metal fundido por el bebedero y se vaporiza el modelo dejando espacio al metal que lentamente ocupará la cavidad para crear la pieza. La ventaja de este sistema es que el modelo no debe extraerse por lo que no hay que prever partición del molde ni despullas. Para mejorar el acabado superficial de la pieza se rocía el modelo con un compuesto refractario. Este sistema también puede utilizarse para piezas únicas donde el modelo se realiza de forma artesanal a base de tiras de poliestireno pero es más normal utilizarlo en grandes series donde la fabricación del modelo se realiza de forma automatizada. Este sistema se utiliza también en fundiciones de motores de automóvil en masa.

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2. METALURGIA DE POLVOS. La pulvimetalúrgia es una tecnología moderna que ha logrado gran impacto en la producción industrial, como el descubrimiento de herramientas de corte de gran dureza, cuyas velocidades de corte han superado hasta diez veces más a las herramientas de acero rápido HSS. Su proceso abarca las etapas comprendidas desde la obtención de polvos metálicos duros hasta las piezas acabadas, es decir, producción de polvos duros, mezclado, prensado, sinterización y acabado. La industria pulvimetalúrgia se basa en la producción de grandes series en las cuales el costo del mecanizado influye decisivamente en el costo del producto sinterizado.

Mescla de polvos duros-moldeado-sinterizado

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Cuchilla de torno

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Fabricación de polvos metálicos

Atomizado

Productos obtenidos por la metalurgia de polvos ING. DANIEL RODRIGUEZ SALVATIERRA

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3. FORMADO DE METALES EN FRIO O EN CALIENTE: Existen muchos métodos de formar el material por presión, golpe, rodadura, flexion, es decir, sobrepasando el limite elástico del metarial y llevándolo al limite plástico de deformación irreversible. Estas son: 1. FORJADO: Fue el primero de los procesos del tipo de compresión indirecta y es probablemente el método más antiguo de formado de metales. Involucra la aplicación de esfuerzos de compresión que exceden el esfuerzo de fluencia del metal. El esfuerzo puede ser aplicado rápida o lentamente. El proceso puede realizarse en frío o en caliente, la selección de temperatura es decidida por factores como la facilidad y costo que involucre la deformación, la producción de piezas con ciertas características mecánicas o de acabado superficial es un factor de menor importancia. El forjado por impacto a su vez puede ser dividido en tres tipos: a) Forjado de herrero. b) Forjado con martinete. c) Forjado por recalcado.

Detalles de un dado para forja cerrada. ING. DANIEL RODRIGUEZ SALVATIERRA

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2. EXTRUSIÓN, es el proceso por el cual se obliga a un material dúctil, por acción de alta presión de un pistón, pasar a través de una boquilla o dado con el perfil deseado, con forma circular, hexagonal, cuadrada u cualquier perfil deseado. Existen dos métodos de extrusión, directa e indirecta.

3. LAMINADO, consiste en la reducción a chapas del metal mediante el paso único o repetido de los lingotes por un laminador. Este consta de una serie de cilindros separados unos de otros por un espacio que puede reducirse o aumentar según el espesor que se quiera obtener. La operación se efectúa a temperaturas elevadas, que alcanzan unos mil grados para el acero, pero se realiza en frió si se desea conseguir chapas muy finas.

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4. CIZALLADO, es el proceso de corte lineal de chapas delgadas, utilizando cuchillas o guillotinas sobre una mesa y con topes de regulación. Estas tijeras grandes, cortan en frío las planchas de metal. En algunos modelos, una de las hojas es fija. Las cizallas de guillotina para metales son máquinas utilizadas para operaciones de corte de metales generalmente en láminas (hierro, acero, aluminio, etc.) de espesores hasta 25 mm. y con una velocidad de corte de hasta 120 golpes por minuto. Las cizallas son de tipo mecánico o hidráulico. Las más comunes actualmente son las hidráulicas. Las primeras pueden ser con o sin cuello de cisne y a su vez de embrague mecánico o de embrague a fricción. Existen varios tipos de cizallas:  Cizallas de guillotina.  Cizallas de palanca.  Cizallas de rodillos.  Cizallas circulares.

Cizalla

5. ROLADO, es un proceso que permite desarrollar curvaturas cilíndricas en planchas delgadas y después soldar los extremos para obtener cuerpos cilindros usado para fabricación de tanques cisternas o depósitos cilíndricos. Consta generalmente de tres rodillos sólidos cilíndricos y duros, dos fijos y uno regulable para dar la curvatura, y que giran haciendo desplazar la plancha en ambos sentidos. Existen maquinas manuales para planchas delgadas de 0.5 a 2 mm y otros motorizadas e hidráulicas para planchas hasta 25 mm.

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Rolado de planchas delgadas para obtener cuerpos cilíndricos.

6. CURVADO, es un proceso que consta también de tres rodillos cortos, especialmente para el curvado de tubos y perfiles delgados. Igualmente también existen manuales y motorizadas para mayores tamaños.

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7. PLEGADO, es el proceso de deformación plástica lineal, con el fin de hacer dobleces en ángulos diversos y con pequeños radios o hacer pliegues finos.

Plegadora hidráulica, falta colocar el dado y el punzón.

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8. TROQUELADO, es un proceso de corte de figuras diversas, para lo cual requiere de un punzón y un dado con la misma forma y una pequeña luz o juego que está en función al espesor de la plancha. Se usan troqueles desde simples a operaciones combinadas de corte-plegado-embutido, se le llama troqueles múltiples.

El agujero tiene una parte que es la que corta llamada zona de vida (A) cuya longitud es de 3 a 4 mm si trabajamos con chapa hasta 1,5 mm de espesor y de 4 a 8 mm para espesores mayores. A partir de la zona de vida el agujero es cónico con α entre 0,25º y 2º para facilitar el desprendimiento del material sobrante. La luz D-d = 0.1 x espesor de la chapa

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y la Resistencia a la rotura (Kg./mm2) = F(Kg) / A (mm2)

Productos desarrollados por troqueles de corte, dobles y embutidos.

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9. EL CORTE TERMICO, es un proceso de separación o división de materiales haciendo uso de calor y fusión del metal como oxicorte, plasma, corte por laser, corte por chorro de agua. OXICORTE: es el corte haciendo uso de oxigeno y acetileno desde dos tanques de abastecimiento y que después es premezclado en una antorcha regulable. La temperatura alcanzada es de aproximadamente 3500 grados centígrados.

Maquina cortadora con antorchas múltiples. CORTE CON PLASMA, es el corte haciendo uso de un electrodo no consumible en la antorcha que con alto amperaje genera calor aproximadamente 30,000 grados centígrados. Hace uso de un gas auxiliar para direccionar el calor y limpiar la escoria de fundición al cortar el metal.

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CORTE POR CHORRO DE AGUA Es una herramienta capaz de cortar metal u otros materiales utilizando un chorro de agua a alta velocidad y presión, o una mezcla de agua y una sustancia abrasiva. El cortador se conecta a una bomba de agua a alta presión (30000 - 90000 psi) aprox. 4000 bars, donde el agua sale de la boquilla de un diámetro de 0.1 mm a una velocidad de 1000 m/seg., acompañado de aditivos en forma de suspensión de arena u otros abrasivos, como el óxido de aluminio y granate; puede cortar hasta materiales de 18 pulgadas (450 mm) de espesor.

AGUA ABRASIVO

BENEFICIOS • Un importante beneficio de la cortadora de chorro de agua es la capacidad de cortar materiales sin interferir con el material de la estructura inherente, ya que no hay "zona afectada por calor", o sea permite cortar metales sin dañar o cambiar las propiedades intrínsecas. • Se utiliza para el mecanizado de una amplia gama de materiales, incluidos los sensibles al calor, o muy delicados materiales duros. • El corte se puede cambiar modificando las partes en la boquilla, así como el tipo y tamaño de abrasivo, los cortes pueden ser tan pequeños aproximadamente del tamaño de un cabello humano. • No producen residuos peligrosos, y la reducción de costos por eliminación de residuos. • El acabado es mejor que los otros procesos de corte incluido el de laser.

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CORTE CON RAYO LASER, El término láser (light amplification by stimulated emission of radiation) que significan amplificación de la luz mediante la emisión estimulada de radiación. Theodore Maiman, físico norteamericano, construyó el primer láser eficiente. Para producir el rayo de luz láser, se necesita una fuente de energía, como la luz o la electricidad, para que excite los átomos de las sustancias que se están usando como medio, cause que éstos choquen unos con otros y se produzca un fotón o luz. Se usan espejos dentro de un tubo para aumentar la luz producida por los átomos. Estos envían la luz hacia adelante y hacia atrás a través del medio. Una vez la luz es lo suficientemente brillante, se pasa a través de un espejo y se produce el rayo láser. La temperatura emitida por este rayo es desde tibio hasta 75000 oF (41650 oC). RAYO LASER

Figura 1: Esquema del láser de estado sólido Para producir este tipo de luz se debe estimular una substancia para que emita radiación lumínica y amplificar esta luz en un solo sentido (de ahí se deriva su nombre). La luz coherente o láser tiene tres características fundamentales: 1. Polarización: Los rayos de luz viajan en una misma dirección (con muy baja divergencia). 2. Longitud de Onda: Toda la luz que compone el haz láser tiene la misma longitud de onda (es de un solo color puro). 3. Fase: Las crestas y valles de las ondas de luz concuerdan a lo largo del haz. 1.

Tipos de Rayo Laser Hay distintos tipos de instrumentos láser. Vienen en muchas formas y tamaños, y se clasifican de acuerdo al medio que emplean. El medio, es el material que se utiliza para crear la luz láser. Este puede ser sólido, líquido o gaseoso, o puede ser un semiconductor. Muchas de las sustancias que se usan como medio producen luz láser de una sola longitud de onda, o monocromática. Luz ultravioleta: Argon Fluoryde - Krypton Fluoride -Nitrogen Luz azul: Argon Luz verde: Argon - Helium neon Luz roja: Helium neon - Ruby CrAlO3 Luz infraroja: Nd. Yag - Carbon Dioxide

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Desde su creación, el desarrollo del rayo láser, ha sido muy rápido. En pocos años sus aplicaciones se han hecho tan numerosas y diversas que han dado origen a una activa industria, de las cuales, la mayor parte, le ha dado usos beneficiosos y por esta razón, hoy en día, se le llama “rayo de la vida”. El rayo laser emitida por el gas CO2 es el adquiere mayor potencia de corte hasta 5000 watts para cortar planchas hasta 25 mm de espesor con una excelente calidad.

Piezas cortadas con rayo laser.

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4. REMOSION DE MATERIAL CON DESPRENDIMIENTO DE VIRUTA Maquinado Convencional, es el proceso mediante el cual se remueve material en forma de viruta de una pieza, a través de cuchillas de corte, para darle forma. Entre las máquinas herramientas básicas se encuentran el torno, la fresadora, el cepillo, la rectificadora, el taladro y la mandriladora.

Maquinas convencionales El origen de la experimentación y análisis en los procesos de manufactura se acreditaron en gran medida a FRED W. TAYLOR quien un siglo después de Whitney publico los resultados de sus trabajos sobre el labrado de los metales aportando una base científica para hacerlo. Miron L. Begeman y otros investigadores lograron nuevos avances en las técnicas de fabricación, estudios que han llegado a logrado aprovecharse en la industria de manufactura. La manufactura convencional hace uso de maquinas herramientas de manejo manual a través de palanca, volantes, levas u otro mecanismo mecánico, y depende de la capacitación y habilidad del operador para obtener productos de calidad. RECTIFICADORA TALADRO

TORNO HORIZONTAL

FRESADORA

Maquinas Herramientas Convencionales Maquinado especial CNC, comprende el mismo proceso anterior, con la diferencia que hace uso de maquinas herramientas a control numérico computarizado CNC. El movimiento de las herramientas obedece a un programa que contiene todas las instrucciones de RPM, avance, profundidades de corte y desplazamientos punto a punto de la herramienta, con precisión de tres decimales.

Torno CNC ING. DANIEL RODRIGUEZ SALVATIERRA

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1.1.2 Procesos que mejoran las propiedades. Los tratamientos Térmicos, son procesos cuyo objetivo es dar mayor dureza al material, a través de cambios de la estructura del metal, que ocurre por la variación de la temperatura, cuando se calienta cerca al punto de fusión y se enfría bruscamente adquiriendo la configuración de otra estructura más compacta. El producto adquiere mayor vida útil por el desgaste y mayores esfuerzos de trabajo. Los tratamientos térmicos más conocidos son: Temple, utilizado para darle mayor dureza todo el cuerpo del material, aplicado mayormente para aceros al carbono. Revenido, se aplica después del templado, para eliminar tensiones residuales en las esquinas internas de la geometría. Recocido, es el tratamiento para darle menor dureza al material, es decir se calienta y luego se deja enfriar en cal por largo tiempo. Otros tratamientos más especializados son el Cementado, el Nitrurado, el Carbo-nitrurado.

Templado y Revenido

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1.1.3 Procesos que mejoran las superficies. Se consigue bajo tres formas: 1. Adhesión electroquímica. Se aplica por el siguiente motivo:  La corrosión, se define como el deterioro de una superficie, evitarlo es imposible, pero llevándolo a aun proceso de recubrimiento electrolítico, al menos se puede lograr con toda seguridad la inhibición del efecto corrosivo, alargando su vida útil.  El cromado, es fina capa de cromo metálico sobre la superficie (0.1 mm), basado en la electrólisis, y se realiza con el fin de otorgarles una buena presentación o de acabados decorativos al material (o piezas) previamente tratado; otras veces para otorgarles mayor dureza y exigente acabado liso con brillo al espejo y con alta precisión.

2. Galvanizado. Son procesos como el cincado, niquelado. La galvanización en caliente es un proceso mediante el que se obtiene un recubrimiento de zinc sobre hierro o acero, por inmersión en un baño de zinc fundido, a una temperatura aproximada de 450º C. A esta operación se la conoce también como galvanización por inmersión o galvanización al fuego. El proceso de galvanizado tiene como principal objetivo evitar la oxidación y corrosión que la humedad y la contaminación ambiental pueden ocasionar sobre el hierro. 3. También comprende la limpieza y tratamiento de la superficie, el rebarbado o eliminado de filos cortantes, el arenado, granallado, lijado, lapeado o pulido brillante, el pintado.

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1.2 Operaciones de ensamble 1.2.1 Procesos de unión permanente. Soldadura, en ingeniería, procedimiento por el cual dos o más piezas de metal se unen por aplicación de calor, presión, o una combinación de ambos, con o sin al aporte de otro metal, llamado metal de aportación, cuya temperatura de fusión es superior a la de las piezas que se han de soldar. Su campo es amplio, solo mencionaremos los tipos de soldadura más comunes que existen.

SOLDADURA TERMICA

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SOLDADURA POR PRESION

SOLDADURA POR CAPILARIDAD

TRES ELEMENTOS PARA UNA SOLDADURA DE CALIDAD 1. Personal calificado: Existen normas estándares para calificar a los soldadores e inspectores de soldadura. El inspector de soldadura es una persona responsable, involucrada en la determinación de la calidad de la soldadura de acuerdo a los códigos aplicables y/o especificaciones.

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2. Herramientas de medición

3. Especificaciones técnicas

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TIPOS Y POSICIONES DE SOLDADURA

SIMBOLOGIA DE SOLDADURA

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2.2.2 Procesos de ensamble mecánico. Es el proceso a través del cual se unen temporalmente las partes o piezas fabricadas, con sus respectivas tolerancias de ajuste, tolerancias de forma, tolerancias de acabado superficial, dureza y tolerancias dimensionales; por ser elementos intercambiables, porque sufren desgaste. Estos elemento se unen utilizando partes estandarizadas como pernos, tornillos, pines, chavetas, remaches, etc.

Diseños avanzados en Solidworks.

Estos software de diseño nos permiten simular el funcionamiento de un mecanismo, analizar los esfuerzos a que son sometidos cada una de las partes y transformar los planos de 3D a 2D. ING. DANIEL RODRIGUEZ SALVATIERRA

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2. OPERACIÓN Y PROGRAMACION DE MAQUINAS CNC: Antes de programar un maquina primero tenemos conocerla y luego aprender a operarlas.

3.1 LAS MAQUINAS CNC 3.1.1 Componentes de las Máquinas CNC

3.1.2 Control Numérico (NC) o Panel de Mando Lo conforman el Monitor, el Teclado de programación y el Panel del Operador.

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3.1.3 EJES DE DESPLAZAMIENTO DE LA MAQUINA CNC En el caso de los Tornos CNC tiene dos ejes principales que son X que equivale al diámetro y Z que corresponde a la longitud de la pieza.

Ejes de un Torno CNC básico.

W

Z

Y

C

B

X

A

El Centro de Mecanizado CNC tiene tres ejes principales X,Y,Z y en algunas máquinas tres ejes secundarios A, B, C y W.

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CENTRO DE MECANIZADO HORIZONTAL CNC

Y Z X

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3.1.4 Husillo principal. Para el caso de los Centros de Mecanizado, el Cambiador de herramientas automático alimenta al husillo las herramientas necesarias para la ejecución de las operaciones programadas. Los fabricantes recomiendan precalentar el husillo a un tercio del máximo de revoluciones de 10 a 15 minutos. En los Tornos CNC, en el husillo se instala el Mandril o Chuck, elemento de sujeción de las piezas. Normalmente el Mandril tiene un sistema autocentrante y de accionamiento hidráulico.

Husillo de un Torno CNC

Husillo de accionamiento indirecto a través de fajas. Cada motor tiene un encoder para el control del giro en RPM.

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Fig.: Husillo de Centro de Mecanizado CNC. La nueva tecnología de motores de husillo en de accionamiento directo, es decir la carcasa del husillo es el estator y el eje es el rotor.

3.1.5 Mesa de trabajo La mesa de trabajo es movida por un tornillo eje de esferas recirculantes accionada a un Motor directa o indirectamente. Las esferas recirculantes son lubricadas automáticamente por un chorro a presión de aire con aceite lubricante, manteniendo su alta precisión 0.005mm.

Tornillo con tuerca de esferas recirculantes autolubricadas.

– –

Reduce fricción Elimina holgura, es un sistema de alta precisión mecánica.

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Tornillo de esferas recirculantes auto lubricadas desde la Unidad central de Lubricación. Este mecanismo garantiza una precisión de hasta 0.01 mm.

Tornillo de desplazamiento con tuerca de bronce de una maquina convencional, su desgaste produce errores de más de 0.1mm.

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3.1.6 Sistema de Medición Óptico Las Máquinas Herramientas CNC tiene como elemento de control de precisión a un sistema óptico bajo dos modelos: Regla Óptica. Este modelo es un sistema de medición directa y como su nombre lo indica es de forma lineal. Su escala está diseñada con miles de microventanas que permiten el paso de la luz transformándose en una señal o impulso eléctrico que es procesada en la computadora CNC determinando con precisión el posicionamiento de la mesa de trabajo.

Regla óptica, tiene grabaciones muy finas por un proceso óptico.

Disco Óptico o Encoder. Es un sistema de medición indirecta formado por un disco rotativo que indirectamente traduce el movimiento angular en un desplazamiento lineal. Este sistema generalmente esta unido al tornillo de esferas recirculantes.

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Disco óptico o encoder, mide el posicionamiento angular y multiplicado por el paso del tornillo lo convierte en un desplazamiento lineal.

3.1.7 SISTEMA DE POSICIONAMIENTO DE LA MESA DE TRABAJO – – –

Mayor precisión Sensores para medir posición real Señal de retroalimentación

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Sistema de control de posición.

3.1.8 Torreta portaherramientas Es el elemento donde se sujetan las herramientas de corte.

En esta figura se muestra una Torreta estándar de un Torno CNC

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Maquinas mas especiales poseen un magazín de herramientas tipo faja según se observa en la figura.

En la figura se muestran un Torno con dos husillos y dos torretas para una alta producción.

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3.1.2 UNIDADES AUXILIARES A. SISTEMA DE LUBRICACION AUTOMATICA CENTRALIZADA Es la unidad que lubrica a todo el sistema. Tiene puntos de lubricación que son liberados cada cierto periodo expulsando de una a varias gotas de lubricante cada 5 minutos sobre las partes importantes del mecanismo.

Unidad central de lubricación de las maquinas CNC.

B. SISTEMA DE REFRIGERACION DE ACEITE PARA HUSILLO Mantiene el control de la temperatura del husillo para un largo tiempo y alta velocidad de trabajo. La maquina CNC requiere un previo calentamiento.

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C. EXTRACTOR DE VIRUTAS. Permite la extracción constante de las virutas y para una fácil limpieza de la maquina.

3.2 OPERACIÓN DE MAQUINA CNC 3.2.1 PRECAUCIONES DE SEGURIDAD Todas las maquinas CNC están provistas de múltiples dispositivos de seguridad tanto por software como por hardware para proteger al operador y la maquina; pero existen normas básicas de seguridad muy comunes para uso o manejo de maquinas herramientas que se deben tener siempre en cuenta . El operador debe leer cuidadosamente el catalogo de seguridad y respetar todos los avisos de peligro que se encuentran colocadas alrededor de la maquina. Se deberá hacer un repaso a todos los participantes sobre las Instrucciones de Seguridad antes de iniciar la operación de la maquina CNC.

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HUSILLO: Para sujetar la pieza o eje.

MONITOR

CONTRAPUNTA: Soporte de ejes largos

EJE X

BANCADA EJE Z

TORRETA: Para sujetar las herramienta

TORNO CNC BANCADA PLANA

TORNO CNC BANCADA INCLINADA

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3.2.2 PROCEDIMIENTOS DE OPERACION: 1º) Encendido y puesta en referencia de la maquina.

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2º) Movimiento manual de ejes en JOG.

3º) Movimiento con volante electrónica

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4º) Preparación del Programa

DEFINICION DEL PROCESO DE TRABAJO

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5º) Medición de herramientas La medición de herramientas es muy importante porque depende de ella el resultado de la primera pieza fabricada. Esta primera pieza es medida 100% y luego las variaciones se pueden corregir con los Correctores de desgaste de Herramientas que es un archivo de datos de la maquina CNC.

Con la medición de herramientas se define el punto cero de la herramienta, es decir, la punta del filo P, que es el punto que se programa su desplazamiento en X, Z con respecto al cero pieza W R

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6º) Medición de cero Pieza (G54, G55, G56 … G59) Para el caso del Torno CNC, esta codificado por G54 hasta G59, y es la distancia en Z del cero maquina M hasta la cara frontal de la pieza W( ejemplo 50).

Medicion cero pieza W en Tornos CNC

Medición cero pieza W en fresadoras CNC Aquí el cero pieza en X y Y se mide con el centro de la herramienta y gravando la lectura del monitor y Z muchas veces es la distancia de la mesa a la superficie de la pieza.

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3.3 Fundamentos de Programación Manual CNC 3.3.1 Fundamentos de programación CNC 1) ESTRUCTURA DEL PROGRAMA CNC. La estructura del programa CNC se basa en la norma DIN 66025. Un programa de pieza consta de una sucesión completa de secuencias, que describen la ejecución de un proceso de mecanizado en una máquinaherramienta con control numérico. Un programa CNC de pieza se compone de: - el carácter para el inicio del programa: % - un cierto número de secuencias: N - el carácter para la finalización del programa: M30 El carácter para el inicio del programa precede a la primera secuencia del programa de pieza. El carácter para la finalización del programa, se encuentra en la última secuencia del programa de pieza. Esquema del programa CNC: Programa de pieza en formato de entrada /salida.

Los subprogramas y los ciclos pueden ser parte integrantes del programa. Los ciclos son subprogramas creados por el fabricante de la máquina o por nosotros, y pueden ser protegidos especialmente frente a utilización indebida. 2) ESTRUCTURA DE UNA SECUENCIA. Una secuencia contiene todos los datos para la ejecución de una etapa de trabajo. La secuencia consta de varias palabras o mandatos y del carácter "fin de secuencia" (LF o ; ). La longitud de la secuencia puede ser de 120 caracteres como máx. La secuencia es visualizada por completo, distribuida en varias líneas.

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El número de secuencia se introduce como N... , que pueden ser libremente elegidos. Sirve para obtener una búsqueda de secuencia y funciones de salto definidas; un mismo número de secuencia solo puede ser utilizado una sola vez en el programa.

N32

G01

No. Bloque Función

X50. Z5. Destino

Se admite una programación sin número de secuencia. Sin embargo, en este caso no es posible la búsqueda de secuencia ni ninguna función de salto. Para configurar la estructura de una secuencia de una forma clara las palabras de la misma han de ser ordenadas en la sucesión que indica la clave del programa CNC. Ejemplo de secuencia: N41 G... X... Y... Z... F... S... T... D... M... LF N Dirección del número de bloque o secuencia. 41 Número de secuencia G... Función de desplazamiento X... Y... Z... Punto de desplazamiento o destino F... Avance (mm/rev o mm/min) S... Velocidad de corte (Vc cte. m/min) o RPM T... Número de herramienta D... Archivo de las dimensiones de la hta. ING. DANIEL RODRIGUEZ SALVATIERRA

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M... Función auxiliar de la maquina LF, ; Fin de secuencia. Cada secuencia ha de ser cerrada al final con el carácter de fin de secuencia "LF, EOB, ;" . En la pantalla aparece este carácter como carácter especial. Al imprimir el programa este carácter no aparece.

3.3.2 FUNCIONES DE PROGRAMACION CNC Existen múltiples funciones de programación, que en su mayor parte son códigos estándares según Norma DIN 66025, pero que muchos casos estas funciones cambian según el fabricante. Para esto es necesario revisar siempre el Manual de Funciones de cada máquina antes de programarla. En todo software de CAD-CAM el Procesador edita el programa en base a los códigos estándar y luego el Post-procesador lo individualiza según la maquina.

1. FUNCIONES PRINCIPALES G Existen funciones principales de G00 hasta G99, cada una cumple una determinada acción de desplazamiento de la herramienta. Estas funciones de programación permiten desplazar la herramienta sobre el perfil deseado de la pieza en movimiento rápido o de corte. Esta función da una determinada orden de desplazamiento de la herramienta asignada. Así tenemos las siguientes funciones:

G00 - DESPLAZAMIENTO RAPIDO, parada precisa 2.

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G01 - INTERPOLACION LINEAL Es una función de mecanizado con corte de material, bajo una orden de avance F en mm/rev. o mm/min..

G02/G03 - INTERPOLACION CIRCULAR HORARIO/ANTIHORARIO Es también una función de mecanizado con corte de material para hacer radios, bajo una orden de avance F en mm/rev. o mm/min..

3) CICLOS DE MECANIZADO Existen también ciclos de mecanizado desde el simple que es solo un bucle de mecanizado hasta otro que abarca varios movimientos similares simplificando la programación manual, ya que esta es un poco complicada. ING. DANIEL RODRIGUEZ SALVATIERRA

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A continuación se muestran ciclos de desbaste utilizado para la programación manual. 2. FUNCIONES AUXILIARES DE MAQUINA M : TORNOS CNC FUNCION M00 M01 M02 M03 M04 M05 M06 M07 M08 M09 M10 M11 M12 M13 M14 M15 M16 M17 M18 M19 M20 M21 M22 M23 M24 M25 M26 M27 M28 M29 M30

ROMI GALAXY 15S Parada programada Parada opcional Fin de programa Rotacion del husillo en sentido horario Rotacion del husillo en sentido antihorario Parada del husillo Libera giro de torreta Activa refrigerante de corte de alta presion Activa refrigerante de corte Desactiva refrigerante de corte Funcionamiento del extractor de virutas Cambia de rotacion del extractor

Activa hta. rotativa en sentido horario Activa hta. rotativa en sentido antihorario Desactiva herramienta rotativa Activa manipulador de piezas Parada orientada del husillo Activa aparato alimentador de barras Desactiva aparato alimentador de barras Activa disposit. de enclavamiento de husillo Desactiva el enclavamiento de husillo Abre chuck Cierra chuck Retrocede el mango de la contrapunta Avanza el mango de la contrapunta Abre luneta Cierra luneta Fin de programa

SIEMENS 810T

FAGOR 8025/30 Idem Idem Idem Idem Idem Idem

Idem Idem Idem Idem Idem Idem Idem Enclavamiento Idem Idem Idem Detencion del extractor de virutas Encrochar el sist.de Hta. CW y act. Refrig. Encrochar el sist.de Hta. CCW y act. Refrig.

Fin de subprograma Idem Presion platos Presion platos Presion platos Presion platos

Idem portapiezas. portapiezas. portapiezas. portapiezas.

Nivel 1 : Nivel 2 : Nivel 3 : Nivel 4 :

28 bars 24 bars 18 bars 8 bars

Fijar contrapunta Cerrar mordazas plato portapiezas Abrir mordazas plato portapiezas

Idem

Idem

Según norma DIN 66025. Estas funciones auxiliares de maquina abarcan de M00 hasta M99 ING. DANIEL RODRIGUEZ SALVATIERRA

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Las funciones auxiliares participan solo en el funcionamiento de la maquina como giro de husillo, activar refrigerante, giro de torreta, etc.

4) ESTRUCTURA DE UN SISTEMA DE FABRICACION CNC

INTERFASE DNC

MAQ. CNC 1 COMPUTADORA

IMPRESORA

MAQ. CNC 2 LECTORA DE CINTAS

PERFORADORA DE CINTAS MAQ. CNC 3

CD

CD

HASTA UN MAXIMO CINTA MAGNETICA

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DE 48 MAQUINAS

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5) FORMAS DE PROGRAMACION Programación en la Oficina, se da cuando: Los comandos disponibles no ofrecen la comodidad necesaria de operación. Las piezas a ser mecanizadas son de geometría extremadamente compleja. En la fábrica existen muchas máquinas CNC similares. No hay personal suficiente calificado en el taller.

Programación en Oficina cuando se requiere mayor información Programación en el Taller, se da cuando: - Las máquinas CNC ofrecen la necesaria comodidad de operación. - Las piezas a ser mecanizadas son de geometría simple. - Sólo existen pocas máquinas en la fábrica.

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6) TIPOS DE PROGRAMACION CNC 1. Programación Manual: Puede hacerse en la Oficina o en el Taller. -

Los datos necesarios para el programa son introducidos directamente del dibujo de la pieza al Panel de Mando NC, escritos en forma de instrucciones o sentencias de programación.

2. Programación Automática : CAD-CAM Cuando hay que maquinar una pieza de una geometría muy compleja, el número de sentencias puede ser muy elevado y pueden ser necesarios cálculos muy complicados para obtener la trayectoria, aumentando la probabilidad de errores. Por esta razón existen los lenguajes avanzados de programación, como el CAD-CAM que apenas exige la introducción de los datos del dibujo de la pieza y algunos datos técnicos adicionales, luego éste software elabora el programa pieza requerido.

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3.3.3 PROGRAMACION MANUAL CNC. La programación manual se realizo desde que se invento las maquinas CNC, desde 1960 y se requería de matemáticos porque muchas veces requería de cálculos complejos que describan el movimiento de las herramientas. Para su elaboración se tiene los siguientes pasos:

1. Plano acotado de una pieza de trabajo.

2. Definir el proceso de trabajo. Se define que operaciones se ejecutara para obtener la pieza de trabajo. También las herramientas a usar en cada operación.

3. Definir herramientas y datos de corte.

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DATOS TECNICOS DE CORTE Los datos de avance y velocidad de corte deben ser proporcionados por el proveedor de herramientas. Estos datos muchas veces vienen en las cajas de ventas de plaquitas o se encuentran en los catálogos de herramientas del proveedor. Los datos técnicos que se requieren son: Velocidad de corte (Vc) m/min: Es la velocidad tangencial de la herramienta de corte para poder arrancar el material en forma de viruta. Su fórmula es: Vc= π D N / 1000 , donde: Vc: Velocidad de corte en m/min. D : diámetro de corte. N : RPM de husillo o de la herramienta. Este dato fue obtenido en base a pruebas experimentales en maquinas CNC y en base a dos parámetros Producción vs Vc Producción

Max P

Vc optima

Velocidad de corte

Avance de corte (F) mm/rev para torneado o mm/min para fresado. Profundidad de corte(ap) mm, depende de la potencia de máquina y de la capacidad de la herramienta de corte.

4. Desarrollo del Programa CNC. Es el lenguaje texto que la maquina lee para funcionar en forma autónoma. Existen múltiples funciones de programación, según Norma DIN 66025, que están asociados en dos grupos principales: Las funciones principales “G” responsables de la geometría de la pieza y el otro grupo de funciones auxiliares “M” que son responsables del funcionamiento propio de la maquina, pero que algunos casos estas funciones cambian según el fabricante. Para esto es necesario revisar siempre el Manual de Programación de cada máquina antes de programarla manualmente.

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Programa ejemplo N1 G90 DATOS DE INICIO Retorno al punto de referencia N2 G0 X150 Z150 Alejamiento de torreta al pto. de cambio hta. N3 G54 Cero pieza N4 T0101 M6 N5 G96 S120 M4 N6 G92 S1500

DATOS DE CORTE

N7 G0 X42 Z2 F0.3 ACERCAMIENTO

Herramienta de desbaste G96: Vc cte.=120 m/min Giro máximo 1500 RPM Acercamiento de herramienta

N8 G82 X28 Z-69 D1.5 H0.5 R38 L-73 OPERACIÓN: Ciclo de desbaste N9 G81 X24 Z-62 D1.5 H0.5 R29 Ciclo de desbaste N10 G82 X20 Z-52 D1.5 H0.5 R25 L-62 Ciclo de desbaste N11 G82 X16 Z-19 D1.5 H0.5 R20 L-22 Ciclo de desbaste N12 G0 X150 Z150 ALEJAMIENTO de la herramienta, así sucesivamente N13 T0303 M6 N14 G96 S220 M4 N15 G92 S2000

Herramienta de acabado G96: Vc cte.=220 m/min Giro máximo 2000 RPM

N16 G0 X0 Z2

Acercamiento de herramienta

N17 G1 X0 Z0 F0.15 N18 G3 X11.313 Z-13.657 I0 K-8 N19 G1 X11.313 Z-17 N20 X20 Z-22 N21 Z-52 N22 X24 Z-62 N23 G3 X28 Z-64 I0 K-2 N24 G1 X28 Z-69 N25 G2 X34 Z-72 I3 K0 N26 G1 X36 Z-73 N27 Z-87

Avance de corte lineal Avance de corte circular anti horario Avance de corte lineal

N28 G0 X150 Z150 N29 T0404 M6 N30 G97 S800 M4

Herramienta de ranurado

N31 G0 X24 Z-46 N32 G1 X16 F0.08 N33 X24 N34 G0 X150 Z150

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N35 T0505 M6 N36 G97 S900 M3

Herramienta de roscado

N37 G0 X21 Z-19 N38 G83 X20 Z-44 D0.2 H0.92 R1.5 N39 G0 X150 Z150 N40 T0404 M6 N41 G97 S800 M4

Herramienta de ranurado/tronzado

N42 G0 X42 Z-86 N43 G1 X12 F0.08 N44 X42 N45 G0 X150 Z150 N46 M30

Fin de programa

5. Editar el programa en la maquina CNC. Las maquinas CNC tienen un teclado alfanumérico para editar los programas manualmente.

Actualmente se transmite los programas utilizando cables RS232 de comunicación de PC a Maquina CNC. Cuando los programas son extensos se utiliza una interface de comunicación DNC, programa de comunicación para administrar y transferir programas de código numérico NC entre una computadora PC y máquinas de control numérico CNC, vía puerto serial, red local bajo windows o inalámbrico.

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Parte II: La Manufactura Asistida por Computadora CAD/CAM 4. PROGRAMACION Y SIMULACION CAD/CAM DE TORNO CNC

OBJETIVOS GENERALES DEL CAD CAM. Los objetivos internos esperados son: 1. Conocer Sistemas Modernos de Fabricación CAD-CAM. 2. Flexibilidad de fabricación. 3. Aumento de la Productividad. 4. Ciclos más breves de programación y fabricación. 5. Mayor calidad. 6. Mínima tasa de rechazo. 7. Menos retrabajos. 8. Mejora de imagen. 9. Mejora de la calificación del personal. 10. Aumento de motivación de operadores e instructores. Objetivos externos: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Transferencia de tecnología actualizada. Mayor posibilidad de servicio en trabajos especializados. Mayor capacidad de carga de máquinas. Reacción más rápida a las variaciones del mercado. Mayores posibilidades de coordinación de los proveedores. Mayor flexibilidad ante la modificación de pedidos. Mayores posibilidades de suministro y cumplimiento de los plazos.

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PASOS PARA LA PROGRAMACION CAD/CAM PARA TORNO CNC 4.1) DISEÑO O IMPORTACION DE LA PIEZA DE TRABAJO

Para el caso del torno CNC se requiere solo un dibujo en 2D Autocad V2000 El dibujo debe estar en escala natural. Usar colores básicos, menos blanco. La calidad del trabajo final se inicia desde la calidad del diseño inicial. Los software de CAM están preparados para aceptar cualquier editor de diseño CAD. 4.2) EDICION DE OPERACIONES DE MECANIZADO

Se crean las operaciones de mecanizado, se seleccionan las entidades, herramientas y datos de corte. Existen nombres técnicos de las operaciones para cada tipo de máquina, como: refrentado, desbaste, acabado, ranurado, roscado, tronzado. (Ver video Programación Torno CNC) ING. DANIEL RODRIGUEZ SALVATIERRA

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4.3) SIMULACION VIRTUAL Aquí se ejecuta la simulación virtual tanto en 2D( simulación) o en 3D(verificar).

Simulación en 2D

Simulación en 3D 4.4) POST Y TRANSMISION DE PROGRAMAS En este paso se ejecuta un programa Post-procesador que contiene toda la información de la maquina CNC y por tanto es particular para cada modelo de máquina. El Post es un programa compilador y traductor que baja las operaciones creadas, las herramientas, los datos de corte, y los movimientos de la herramienta vistas durante la simulación y genera el programa CNC requerido. ING. DANIEL RODRIGUEZ SALVATIERRA

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Luego se transmite el programa CNC desde la PC a la maquina CNC.

Un Torno CNC de 5 ejes puede realizar muchas operaciones. ING. DANIEL RODRIGUEZ SALVATIERRA

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Imagen de un Torno de 5 ejes.

5.PROGRAMACION Y SIMULACION CAD/CAM DE FRESADORA CNC

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PASOS PARA LA PROGRAMACION CAD/CAM PARA FRESADORA CNC 5.1) DISEÑO O IMPORTACION DE LA PIEZA DE TRABAJO Para el caso de la Fresadora CNC se requiere un dibujo en 2D o en 3D, depende de lo que se quiera fabricar y de la geometría de sus superficies. El dibujo debe estar en escala natural. Usar colores básicos, menos blanco. La calidad del trabajo final se inicia desde la calidad del diseño inicial. Los software de CAD/CAM están preparados para aceptar cualquier editor de diseño CAD.

5.2) EDICION DE OPERACIONES DE MECANIZADO Se crean las operaciones de mecanizado, también con sus nombres característicos de la operaciones como: Planeado, contorneado, cajeado, ranurado, taladrado, mecanizado de superficies. Para este caso se seleccionan las entidades, herramientas y datos de corte. (Ver video Programación Fresa CNC)

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5.3) SIMULACION VIRTUAL Aquí se ejecuta la simulación virtual tanto en 2D( simulación) o en 3D(verificar).

4º) POST Y TRANSMISION DE PROGRAMAS En este paso corre un programa Post-procesador que contiene toda la información de la maquina CNC y por tanto es particular para cada modelo de máquina. El Post es un programa compilador y traductor que baja desde el software de CAD/CAM las operaciones creadas, las herramientas, los datos de corte, y los movimientos de la herramienta vistas durante la simulación y genera el programa CNC requerido. Luego se transmite el programa CNC desde la PC a la maquina CNC.

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Desde una PC podemos tener comunicados varias maquina CNC.

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Parte III: Sistemas de Producción Avanzados 6. LINEAS DE PRODUCCION Y ENSAMBLE CONVENCIONALES 2.1Líneas de Producción Convencional

De estación fija, es decir todos trabajan alrededor de un solo producto.

Por proceso, donde los productos o piezas se separan por el tipo de operación a ejecutar, como torneado, fresado, rectificado, tratamiento térmico, galvanizado, ensamble.

Por celda, aquí se crea una línea con operaciones comunes a cierta familia de productos ING. DANIEL RODRIGUEZ SALVATIERRA

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Por producto, creándose una sola línea donde se elabora un solo producto.

2.2Líneas de Ensamble convencionales

Sistema lineal, donde se sub- ensamblan en forma vertical y ensamblan en forma horizontal en la línea principal, en estaciones especificas de ensamble.

Sistema circular, aunque similar al anterior pero tiene cerca la entrada de las partes y salida del producto ensamblado. ING. DANIEL RODRIGUEZ SALVATIERRA

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Sistema carrusel, aunque similar también a los anteriores porque tiene cerca la entrada de la partes y salida del producto ensamblado, pero brinda más espacio y comodidad a las estaciones de trabajo.

Sistema centralizado, donde se sub-ensamblan en una estación de trabajo automatizada o robotizada un gran porcentaje y luego ingresa a la línea principal.

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7. SISTEMAS DE PRODUCCION AVANZADA Son sistemas basados en dos parámetros, el Volumen de Producción versus la Variedad de piezas a fabricar. Según esto se define el sistema de producción a emplear. Muchos de ellos son sistemas automatizados, que persigue reducir los tiempos de fabricación de 3 horas (208 pzas mensuales) en convencional a 1 minuto (37,000 pzas mensuales) con maquinas especiales computarizadas.

Los objetivos de estos sistemas son: Flexibilidad, es decir, se pueden hacer múltiples fabricaciones con un corto tiempo de cambio, solo el requerido para localizar el programa en la memoria. Productividad, porque la velocidad de fabricación son de 5 a 20 veces más rápidos que las convencionales. Repetitividad, es decir que las piezas fabricadas son constantes en la dimensión y con una precisión hasta de 0.005 mm a una temperatura 20°C. Costos, porque compiten en costos con las maquinas convencionales. Objetivos externos: 1. Mayor posibilidad de servicio en trabajos especializados. 2. Mayor capacidad de carga de máquinas. 3. Reacción más rápida a las variaciones del mercado. 4. Mayores posibilidades de coordinación de los proveedores. 5. Mayor flexibilidad ante la modificación de pedidos. 6. Mayores posibilidades de suministro y cumplimiento de los plazos.

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2.3 Líneas TRANSFER Las Líneas Transfer o de transferencia son sistemas rígidos de fabricación que está formado por un conjunto de máquinas especiales, formando una línea de fabricación con varias estaciones de trabajo. Cada estación de trabajo realiza una determinada operación específica dentro del proceso de fabricación. En muchos casos el tiempo de ciclo es 1 minuto logrando así producción de más de 30,000 piezas mensuales.

Para esto se requiere un gran número de herramientas, de dispositivos de sujeción y de transferencia de la pieza de producción. Se justifica cuando es un proyecto de gran envergadura duradero por más de 10 años

Línea Transfer o de transferencia.

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2.4 Líneas TRANSFER FLEXIBLES Las Líneas de Transferencia Flexibles son sistemas que incluyen algunas estaciones flexibles además de máquinas especiales, formando una línea de fabricación de menor rigidez que la Transfer. Cada estación de trabajo realiza una determinada operación específica, pero en la estación Flexible es posible de cambiar el proceso de fabricación rápidamente sin que le afecte mucho a la línea.

Para esto también se requiere un gran número de herramientas, de dispositivos de sujeción y de transferencia de la pieza de producción, así como la selección de sistemas flexibles rápidos que no afecten a la línea principal. Se justifica cuando es un proyecto de gran envergadura, duradero por más de 10 años.

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2.5 Sistemas de Manufactura Flexible FMS Son sistemas de múltiples máquinas CNC iguales(1 a 8) equipadas con sistema robótico de transporte propio que alimenta cualquier pieza a cualquier máquina. La alimentación de piezas lo hace de acuerdo a una prioridad programado por la computadora central. También tiene un almacén central de herramientas y un robot que alimenta desde el almacén central a los magazines de cada máquina y reemplazando a las herramientas desgastadas.

Sistema Manufactura Flexible inicial.

Mesa o pallet intercambiable de un Centro de mecanizado CNC.

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2.6 Celdas de Manufactura Flexible FMC Este sistema de fabricación combina el uso de máquinas herramientas CNC y máquinas convencionales modernas de tipo universal. Se crean pequeñas celdas o mini-fábricas flexibles con capacidad para producir variedad de piezas en pequeños lotes de producción. Es un sistema que esta de acorde con nuestra realidad, para bajas producciones, flexibilidad y con un mercado competitivo.

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2.7 Las Maquinas CNC Unitarias Las Maquinas CNC pueden trabajar en forma unitaria para fabricar variedad de piezas pero en lotes pequeños de producción.

Maquina CNC preparada para fabricar variedad de piezas en forma continua.

2.8 Las Maquinas Convencionales Las maquinas convencionales solo pueden hacer una variedad limitada de piezas simples, el lotes muy pequeños o unitarios.

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3. SISTEMAS DE MANUFACTURA INTEGRADA POR COMPUTADORA CIM 3.1 INTRODUCCION A LOS SISTEMAS DE MANUFACTURA AVANZADA En la actualidad las tecnologías CAD/CAM/CAE están muy integradas, esto se observa en muchos software que nacieron como diseñadores CAD y que posteriormente incorporaron paquetes Análisis de esfuerzos CAE y de manufactura CAM. Estas se encuentran ya en una fase de madurez. Su utilidad es indiscutible y han abierto mejores herramientas para el diseño, análisis de esfuerzos y facilidad para fabricaciones complejas CAM. Cuando hace falta un sistema de diseño, va asociada a rediseños que se realizan sobre la marcha, con la consiguiente pérdida de tiempo y dinero. Estas Tecnologías nos permiten el desarrollo de prototipos rápidos y económicos, muchas veces solo basta verlos en forma virtual y aplicándoles el análisis de elementos finitos CAE para cálculos de esfuerzos no es necesario fabricar un prototipo real. Los equipos de informática que soportar programas de CAD, requieren de ordenadores más veloces, con más memoria y mayor potencia gráfica. Como tendencia de futuro, se confirmará la desaparición de prototipos reales, pues las imágenes virtuales en 3D reemplazaran a los cuerpos reales y bastara un Ok para iniciar la producción CAM. Otra tendencia de futuro en el campo de los periféricos es la popularización de los dispositivos de escaneado en 3D. Hasta el presente, las tecnologías de Rapid Prototyping, aunque consolidadas, no se han utilizado intensivamente dado su elevado coste. Los aparatos de medición por Laser Scan o de reproducción tridimensionales de objetos compartirán un lugar en la oficina técnica del mañana. Mayor integración con las tecnologías CAD y CAM, con una especial potenciación del CAE: actualmente la mayoría de los desarrolladores de CAD cubren con su producto las necesidades de diseño, ingeniería CAE y fabricación CAM de la empresa, ofreciendo soluciones compactas en los más diversos campos de las tecnologías asistidas por computador. Pero lo que actualmente es casi una yuxtaposición de módulos CAD, CAE y CAM, en el presente es una unidad total: en etapas tempranas del diseño se podrá verificar su funcionalidad y flexibilidad, contando además con tecnologías de Rapid Protyping de los utillajes de fabricación (Rapid Tooling). La competencia es cada día mayor y el tiempo de lanzamiento del producto es primordial a la hora de conseguir mayores beneficios. Por último, podemos citar la ausencia, prácticamente total, de formación con herramientas CAE de los estudiantes de ingeniería. Uno de los éxitos educacionales consistirá en preparar a los estudiantes en el entorno industrial que le espera donde los sistemas integrados CAD/CAM/CAE están convirtiéndose en estándares.

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El futuro se muestra ambicioso tecnológicamente hablando, por la introducción de las Células de fabricación flexible y el gran avance de los Computadores y de los Robots. Todo ello lleva a pensar que la "Fábrica Automática" ya está presente. 3.2 Tecnologías CAD-CAE-CAPP-CAM-FMS- CAQ- ERP-MRP- PPS-CIM

Para iniciar y comprender estas tecnologías definiremos los términos como sigue: 1. CAD (Computer Aided Design): Diseño asistido por computadora. 2. CAE (Computer Aided Engineer): Ingeniería asistido por computadora. 3. CAPP (Computer Aided Process Planning): Planificación de procesos asistida por computador. 4. CAM (Computer Aided Manufacturing): Manufactura asistida por Computadora. 5. FMS (Flexible Manufacturing System): Sistema Flexible de Manufactura. 6. CAQ (Computer Aided Quality): Control de Calidad asistido por computadora. 7. ERP (Enterprise Resource Planning): Es un software conjunto integrado de finanzas, distribución y manufactura con interfases con algunas otras aplicaciones. 8. MRP (Material Requirement Planning): Es el método usado para derivar el calendario maestro de la producción (MPS) a partir de pronósticos y/o órdenes de venta. 9. PPC (Production Planning and Control): Programa de Planificación de Proyectos. 10. CIM (Computer Integrated Manufacturing): Manufactura integrado por computadora, capaz de gobernar una o varias plantas. ING. DANIEL RODRIGUEZ SALVATIERRA

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1. CAD: DISEÑO ASISTIDO POR COMPUTADORA El diseño asistido por computadora, es el desarrollo grafico de los objetos en forma plana 2D o en tres dimensiones 3D en forma de superficies o sólidos virtuales. Después todas las partes son ensambladas haciendo uso de librerías de elementos estándar y después es posible de simular su funcionamiento.

Ensamble de mecanismo de transmisión hecho en Inventor 2010.

Despiece y simulación de mecanismo de transmisión hecho en Inventor 2010.

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SOLID CONCEPT RHINO 4.0

Rhino 4.0, el programa de modelado de formas libres, es la herramienta de diseño de productos utilizada por gran parte de los ingenieros industriales en el proceso de investigación y diseño de un nuevo producto. Rhino 4.0 permite editar los modelos 3D obtenidos de otros programas CAD/CAM, presentarlos en diferentes formatos como IGES, DWG, DXF, OBJ, etc. y unirlos para el posterior análisis y verificación. Se citan a continuación las principales empresas desarrolladoras de software CAD, junto con el producto CAD que crean: Autodesk • AUTOCAD V14/ Inventor 10 Geometric Software Solutions Co. Limited. . Solidworks Premium 2010 Sing Maker . Rhinosceros 4.0 Silicon Graphics • ALIAS WAVEFRONT ComputerVision • CADD 5 Dassault Systèmes • CATIA Mc Donell Douglas • Unigraphics Hewlett Packard • PE-ME10, PE-SolidModeler Intergraph • EMS Matra Datadivision • Euclid Parametrics Technology C. • Pro/Engineer SDRC • IDEAS Master Series

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2. CAE: LA INGENIERÍA ASISTIDA POR COMPUTADORA Comprende, el análisis virtual de los materiales utilizados en el diseño. Estos programas permiten calcular cómo va a comportarse la pieza en la realidad, en aspectos tan diversos como deformaciones, resistencias, características térmicas, vibraciones, etc. Usualmente se trabaja con el método de los elementos finitos, siendo necesario mallar la pieza en pequeños elementos y el cálculo que se lleva a término sirve para determinar las interacciones entre estos elementos.

El CAE mecánico, en particular, incluye un análisis por elementos finitos (FEA, finite element analysis) para evaluar las características estructurales de una parte y programas avanzados de cinemática para estudiar los complejos movimientos de algunos mecanismos. Los sistemas CAE nos proporcionan numerosas ventajas: Facilidad, comodidad y mayor sencillez en la etapa de diseño. Rapidez, exactitud y uniformidad en la fabricación. Alto porcentaje de éxito. Eliminación de la necesidad de prototipos. Aumento de la productividad. Productos más competitivos. Fácil integración, sin problemas adicionales, en una cadena de fabricación. Se obtiene un producto económico, de óptima calidad y en el menor tiempo posible. Cálculo de propiedades físicas: volumen, masa, centro de gravedad, momentos de inercia, etc. Análisis tensional y cálculo mecánico y estructural: lineal y no lineal. Análisis de vibraciones. Simulación del proceso de inyección de un molde: análisis dinámico y térmico del fluido inyectado (inyección virtual) ING. DANIEL RODRIGUEZ SALVATIERRA

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Simulación de procesos de fabricación: mecanizado, conformado de chapas metálicas, soldaduras, análisis de fijaciones (fabricación virtual) Simulación gráfica del funcionamiento del sistema: Cálculo de interferencias, estudios aerodinámicos, acústicos, ergonómicos, etc. (prototipo virtual)

3. CAPP (Computer Aided Process Planning): PLANIFICACIÓN DE PROCESOS ASISTIDA POR COMPUTADOR. Es un sistema experto que captura las capacidades de un ambiente manufacturero específico y principios manufactureros ingenieriles, con el fin de crear un plan para la manufactura física de una pieza previamente diseñada. Este plan especifica la maquinaria que se ocupará en la producción de la pieza, la secuencia de operaciones a realizar, las herramientas, velocidades de corte y avances, y cualquier otro dato necesario para llevar la pieza del diseño al producto terminado.

4. CAM: MANUFACTURA ASISTIDA POR COMPUTADORA Es la fabricación haciendo uso de maquinas herramientas a control numérico computarizado CNC. También hace uso de programas en lenguaje “G” o lenguajes conversacionales propios de algunos fabricantes de maquinas CNC. En sus inicios de las maquinas CNC se hacia la programación manual, la cual era tediosa y con muchas probabilidades de error. Fueron los mismos usuarios que cansados de programar manualmente se dedicaron a desarrollar SOFTWARE que le facilite programar con mayor rapidez. Así se inicio la Tecnología de CAD-CAM. La tecnología de CAD-CAM se aplica mucho en las empresas industriales modernas de los países desarrollados, como la Toyota, General Motors, Caterpilar, Nasa, Bosch, Mitsubishi, etc; por no mencionar muchas. Esta tecnología de CAD- CAM, de programación, simulación y generación de programas NC que se usa con las maquinas CNC, han desplazado a las maquinas convencionales por tres simples razones: Flexibilidad, es decir, se pueden hacer múltiples fabricaciones con un corto tiempo de cambio, solo para buscar el programa en la memoria. Productividad, porque la velocidad de fabricación son de 5 a 20 veces más rápidos que las convencionales. Repetitividad, es decir que las piezas fabricadas son constantes en la dimensión y con una precisión hasta de 0.005 mm a una temperatura 20°C. Costos, porque compiten en costos con las maquinas convencionales. Principales aplicaciones del CAD/CAM Generación de programas de Control Numérico. Simulación de estrategias y trayectorias de herramientas para mecanizado del producto diseñado (partiendo de un modelo CAD). Programación de soldaduras y ensamblajes robotizados. Inspección asistida por computadora. (CAI – Computer Aided Inspection) Ensayo asistido por computadora. (CAT – Computer Aided Testing) ING. DANIEL RODRIGUEZ SALVATIERRA

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5. FMS: SISTEMA FLEXIBLE DE MANUFACTURA (Ver tema 7.3 Sistemas de Manufactura Flexible FMS)

6. CAQ: CONTROL DE CALIDAD ASISTIDA POR COMPUTADORA Es una tecnología no solo de mediciones automatizad, sino también de la gestión de los estándares y normas de calidad de los productos.

Pocket ML, es una aplicación para el manejo de datos de manera móvil. Puede interactuar con diversos tipos de instrumentos de medida, como vernier, micrómetros, palpadores. Elementos para la medición por coordenadas La medición de la geometría de piezas se hace mediante: punto, línea, plano, círculo, cilindro, cono, esfera y toroide; y con estos elementos puede hacerse la medición completa de una pieza.

Las MMC (Maquinas de Medición por Coordenadas) cuentan con un sistema mediante el cual hacen contacto sobre las piezas a medir que es llamado sistema de palpación, cada vez que el sistema de palpación hace contacto sobre la pieza a medir, se adquiere un dato de medición (X,Y,Z), que puede ser procesado en un software que está almacenado en un ordenador. ING. DANIEL RODRIGUEZ SALVATIERRA

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Se utiliza software para programar la medición de una o varias piezas iguales para el Control de Calidad al 100%.

Software de inspección y medición Brown & Sharpe PC-DMIS 3.5 Mediante DCI, pueden simular programas de medición de piezas usando un modelo de la pieza preciso descargado del sistema CAD. Las ventajas de transferir los datos CAD a la MMC para la medición están mejorando la eficiencia de la programación y el rendimiento del sistema de medición. La utilización de datos provenientes del CAD también elimina algunos errores del operario asociados a la programación de MMC sin CAD además de permitir programar la MMC de un modo off-line, sin necesidad de tener la pieza ni estar conectada a la máquina de medir.

Sensor por cortina láser Brown & Sharpe HyScan, captura 10,000 puntos/seg. También existen unos brazos tipo pantógrafo de la compañía FARO, Laser Scan Arm que captura 19,000 puntos por segundo.

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GESTION DE LA CALIDAD Business CAQ (control de la calidad asistido por ordenador) es un programa modular que conecta en red todas nuestras plantas. Este sistema nos permite comprimir información en una base de datos global y analizarla al momento. De este modo, podemos elaborar los estándares de calidad eficazmente y coordinar la planificación de la calidad y el análisis de procesos de todas nuestras fábricas.

A continuación analizamos la información generada por medio de Business CAQ, considerando los resultados para el desarrollo de soluciones en nuestros procesos, que están disponibles para todas las plantas en la base de datos común. De esta manera todos nuestros empleados disponen de la información actualizada. Este sistema nos permite acumular la información y soluciones de mejoras en los procesos, que nos facilita la aplicación de nuestra estrategia de "error cero" y la reducción de costes.

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7. ERP (Enterprise Resource Planning): Es un software conjunto integrado de finanzas, distribución y manufactura con interfaces con algunas otras aplicaciones. Los ERP son software que ayudan a las compañías a planear sus recursos, no solo los materiales o de equipos, sino también los recursos humanos y los financieros. La propia definición de ERP indica la necesidad de "Disponibilidad de toda la información para todo el mundo todo el tiempo". Los objetivos principales de los sistemas ERP son: Optimización de los procesos empresariales. Acceso a toda la información de forma confiable, precisa y oportuna (integridad de datos). La posibilidad de compartir información entre todos los componentes de la organización. Eliminación de datos y operaciones innecesarias de reingeniería. El propósito fundamental de un ERP es otorgar apoyo a los clientes del negocio, tiempos rápidos de respuesta a sus problemas, así como un eficiente manejo de información que permita la toma oportuna de decisiones y disminución de los costos totales de operación. Los más conocidos son el SAP, Baan, QAD, SSA, Oracle, PeopleSoft, JD Edwards, Epicor Software y Visual Manufacturing

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8. MRP (Material Requirements Planning) Es el método usado para derivar el calendario maestro de la producción (MPS) a partir de pronósticos y/o órdenes de venta Un MRP genera simplemente planeaciones y requerimientos que bien no podrían ser alcanzados por la empresa. Es por eso que surge el MRPII, el cual maneja información de retroalimentación que le permite tener funciones como la planeación de capacidades, control de piso. También se tiene enlace con los sistemas financieros de la compañía. Generalmente los MRPII tienen 2 características básicas adicionales con respecto a los MRP: • Un sistema financiero y operacional. Cubre los aspectos de negocios de la compañía como ventas, producción, ingeniería inventarios y contabilidad. • Un simulador. Pueden simular planes de producción y la toma de decisiones administrativas.

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9. PPC (Production Planning and Control): Planificación y Control de la Producción: Designa la utilización de sistemas informáticos para organizar producción, realizar el control y el seguimiento de las distintas fases producción. Las funciones principales la planificación de la producción, las cantidades, la programación de materiales, de los plazos y capacidad necesaria para cumplir los pedidos. También abarca "scheduling", compras y administración de inventarios, así como seguimiento de las órdenes.

10.

la de de la el el

CIM (Computer Integrated Manufacturing): MANUFACTURA INTEGRADA POR COMPUTADORA

Es un sistema integrado total que enlaza varias tecnologías como CADCAE-CAPP-CAM-FMS-CAQ-ERP-MRP-PPS, capaz de gobernar desde una computadora a una o varias plantas.

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Niveles jerárquicos de un CIM

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8.3 DESARROLLO DE LA MANUFACTURA INTEGRADA POR

COMPUTADORA Existe un Sistema de Capacitación Modular, creado desde la Manufactura Convencional hasta la Manufactura Avanzada.

Este Sistema fue desarrollado por la Empresa Austriaca Emco Maier Corporation, con los fines de capacitar a su personal hacia el desarrollo de sistemas avanzados de Manufactura Integrados por Computadora CIM. Para esto era necesario iniciar con el conocimiento básico de los Procesos de Manufactura y el Maquinado Convencional. 1. Procesos de Manufactura y el Maquinado convencional (Ver pág. 9-11)

Toda este bagaje de tecnología es utilizada igualmente en la Manufactura Asistida por Computadora CAM, porque es la automatización de la manufactura convencional.

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2. Maquinado CNC, es la operación de las maquinas CNC, es decir el encendido, referenciacion, setup o medición de herramientas y cero pieza, transmisión de programas de la PC a la maquina CNC. Maquinado CNC 1: Operación de maquinas básicas de 2 y 2 ½ ejes. Maquinado CNC 2: Operación de maquinas intermedias de 3 ejes. Maquinado CNC 3: Operación de maquinas complejas de 4 y 5 ejes.

Operación de las Maquinas CNC 3. Tecnología CAD/CAM, comprende a la programación de maquinas CNC y tiene tres niveles: Tecnología CAD/CAM 1: La programación de maquinas básicas de 2 y 2 ½ ejes. Tecnología CAD/CAM 2: La programación de maquinas intermedias de 3 ejes. Tecnología CAD/CAM 3: La programación de maquinas complejas de 4 y 5 ejes.

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4. Control de Calidad, está referida a verificar y mantener la calidad del producto; tiene tres niveles: Control de Calidad 1: Abarca a la Tecnología de Metrología, Tolerancias y ajustes e Inspección y Ensayo.

Metrología, técnica de mediciones. Control de Calidad 2: Comprende el Control Estadístico y Técnicas para mejorar la Calidad.

Control estadístico de la Calidad de la producción. Control de Calidad 3: Aquí está comprendido los Sistemas de Calidad, Control de Calidad Automático (CAQ) y maquinas de medición automatizada.

Software de inspección y medición Brown & Sharpe PC-DMIS 3.5 ING. DANIEL RODRIGUEZ SALVATIERRA

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5. Mantenimiento, es la tecnología de mantener en estado optimo los recursos de maquinarias y equipos que se utilizan para el proceso de manufactura. Sus niveles son: Mantenimiento 1: Estudia los Tipos de Mantenimiento, Especificaciones Técnicas para mantenimiento, Seguridad Industrial, Procedimiento para Montaje-Desmontaje

Mantenimiento Correctivo, Preventivo, Predictivo. Mantenimiento 2: Abarca el Mantenimiento Inteligente y Mantenimiento Total, Software para control de Mantenimiento.

Software para control de Mantenimiento. Mantenimiento 3: Comprende el Análisis y simulación de fallas con instrumentos especiales, Detección y corrección de alarmas codificadas.

Detección y corrección de alarmas codificadas. ING. DANIEL RODRIGUEZ SALVATIERRA

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6. Automatización, es la tecnología de aplicación de las técnicas e instrumentos modernos para desarrollar procesos de funcionamiento con auto control; es decir ante cualquier circunstancia u ocurrencia, autodefine la acción inmediata a realizar, con la lógica desarrollada por el programador. Tiene 4 niveles: Automatización 1: Se ocupa de Mecanismos, Electro-Hidráulica y ElectroNeumática, Circuitos eléctricos y electrónicos.

Circuitos Electro-Hidráulicos. Automatización 2: Estudia los Circuitos electrónicos II, Electrónica Digital, Electrónica Industrial.

Automatización 3: Se ocupa del estudio de la Tecnología de sensores, actuadores y mediciones, Controladores Lógicos Programables PLC, Ingeniería de Control, Microprocesadores y microcontroladores, Robótica I.

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Automatización 4: Abarca el Procesamiento de señales y comunicaciones, Robótica II, Inteligencia Artificial, la Nanoelectronica. Un Sistema Robótico consiste en los siguientes componentes:

Robot KUKA KR 5 sixx, utilizado para montaje, desmontaje, inspección, pintura, etc. 7. Manufactura Flexible, es la aplicación de las tecnologías anteriormente mencionadas para de desarrollar los procesos de manufactura automatizadas, con el gobierno total de las computadoras. Manufactura Flexible 1: Aquí se desarrolla Celdas de Manufactura Flexible FMC para la manufactura de familias de piezas.

Celda Flexible de Manufactura FMC. ING. DANIEL RODRIGUEZ SALVATIERRA

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Manufactura Flexible 2: Se aplica a los Sistemas Flexibles de Manufactura FMS, las Líneas Transfer Flexibles FTL para la producción flexible desde mediana hasta alta producción.

Sistema Flexible de Manufactura FMS Manufactura Flexible 3: Desarrolla un CIM (Manufactura Integrada por Computadora), es decir el desarrollo de manufactura integral de una a varias plantas. También su conexión con los proveedores, bancos, clientes.

Laboratorio CIM para la enseñanza de la Manufactura Integrada por Computadora, como de de las universidades URP, PUCP, U. Lima. ING. DANIEL RODRIGUEZ SALVATIERRA

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Proyecto Laboratorio CIM UNT

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8.4 El mundo de la Robótica industrial Los robots juegan un papel muy importante en las empresas manufactureras porque se encarga de realizar tareas donde exista riesgos de la persona humana, donde se realice tareas con mucho esfuerzo, donde se realice tareas complejas y donde exista tareas monótonas.

Ejemplos de Robots Industriales Características Técnicas KR 5 sixx R650 Robot de 6 ejes, rápido, fiable y de gran performance con un alcance de 650 mm. Este robot compacto combina ciclos altos de trabajo y exactitudes con la probada unidad de control KUKA basada en técnica del PC, de fácil manejo.

Cargas

Carga

5 kg

Zona de trabajo Máx. alcance

650 mm

Otros datos y modelos Número de ejes Repetibilidad Peso Posiciones de montaje Unidades de control Velocidad

6