SOLUCIONARIO DE PROCESOS DE MANUFACTURA PDF

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UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA INGENIERIA INDUSTRIAL PROCESOS DE MANUFACTURA I/2017 ELABORADO POR: AUX. UNIV.MARISOL ACHO SARZURI “NO EXISTE UNA MANERA FACIL. NO IMPORTA CUAN TALENTOSO(A) SEAS, TU TALENTO TE VA A FALLAR SI NO LO DESARROLLAS. SI NO ESTUDIAS, SI NO TRABAJAS DUR...

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ELABORADO POR: AUX. UNIV.MARISOL ACHO SARZURI

“NO EXISTE UNA MANERA FACIL. NO IMPORTA CUAN TALENTOSO(A) SEAS, TU TALENTO TE VA A FALLAR SI NO LO DESARROLLAS. SI NO ESTUDIAS, SI NO TRABAJAS DURO, SI NO TE DEDICAS A SER MEJOR CADA DÍA.” WILL SMITH

PROCESOS DE MANUFACTURA I/2017

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA INGENIERIA INDUSTRIAL

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA INGEIERIA INDUSTRIAL

PROCESOS DE MANUFACTURA IND-333 GESTIÓN 2016

CAPITULO I LA INDUSTRI A MANUFACTURERA 1

INTRODUCCION DE FINICIONES IMPORTANTES: INGENIERIA: Es el conjunto de conocimientos y técnicas que permiten aplicar el saber científico a la utilización de materia y las fuentes de energía. INGENIRO: persona que profesa o ejerce la ingeniería. El que discurre con genio las trazas y modos de conseguir una cosa. INGENIERIA: Facultad de hombre para discurrir y enfrentar con prontitud la facilidad. PROCESO: es el conjunto de actividades relacionadas y ordenadas con las que se puede conseguir un objetivo determinado. Actividades del ingeniero industrial  Planear  Integrar  Organizar  Dirigir  Controlar

Se debe considerar los procesos de producción como herramientas para: a) Diseño b) Diseño, Integración y control de sistemas enfocados sobre todo en las entradas y salidas , retroalimentación del sistema. c) Optimización del trabajo. d) Establecimiento de normas de calidad. e) Evaluación de resultados. f) Aumento y control de la eficiencia y otros.

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EL TERMINO MANUFACTURA Y SU CONNOTACIÓN:

La palabra manufactura de deriva de la palabra: Manus = mano Factus = hacer Significa hacer con las manos

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UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES PROCESOS DE MANUFACTURA FACULTAD DE INGENIERIA IND-333 INGEIERIA INDUSTRIAL GESTIÓN 2016 Económicamente la manufactura es la transformación de materiales en artículos de mayor valor a través de una o más operaciones de procesos de ensamblaje.

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CLASIFICACION DE LOS PROCESOS DE MANUFACTURA

PROCESO

EJEMPLO

PROCESOS QUE CAMBIAN LA ESTRUCTURA DEL  MATERIAL     PROCESOS QUE PROVOCAN DESPRENDIMIENTO DE  VIRUTA POR MEDIO DE MAQUINARIAS 

METALURGIA EXTRACTIVA FUNDICIÓN FROMADO EN FRIO Y EN CALIENTE METALURGIA EN POLVOS MOLDEO DE PLASTICOS METODOS DE MAQUINADO CONVENCIONAL METODOS DE MAQUINADO ESPECIAL

3.1 OPERACIONES DE FORMACION: Consiste en aplicar calor, fuerza u otra energía para cambiar la forma geométrica del material Se clasifican en: Cantidad de producción Variedad del producto Complejidad de productos ensamblados Complejidad de partes individuales 3.2 CANTIDAD DE PRODUCCIÓN: Sean: Q= Cantidad de producto P= Variedad del producto ∑ DONDE: = cantidad anual de producto j = cantidad total de las partes o productos hechos en la fábrica. 3.3 COMPLEJIDAD DE PRODUCTO O PIEZA: Aspecto cualitativo y cuantitativo Complejidad de producto: ejemplo: número de componentes utilizados para fabricar la pieza. Complejidad de la pieza: ejemplo: número de pesos realizados en el proceso de producción. Asumiendo que el producto es ensamblado y que todos sus componentes son usados, el número total de partes manufacturas por año está dado por:

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UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA INGEIERIA INDUSTRIAL

PROCESOS DE MANUFACTURA IND-333 GESTIÓN 2016 ∑

Dónde: =Número de partes manufacturadas por año (Pza/año) =cantidad anual del producto j (producto/año) =Número de partes del producto j (pza/producto) 3.4 CONCEPTOS DE PRODUCCIÓN Y MODELOS MATEMÁTICOS Sea: =tiempo de ciclo de la operación. Que es el tiempo a una unidad de trabajo el ser procesada o ensamblada por una máquina. Dónde: = tiempo de operación actual de procesamiento o ensamble =Tiempo de manejo =Tiempo de manejo de herramientas Sea: =tiempo de procesamiento por lotes (min). Que es el tiempo que toma poder procesar todo un lote completo Q. Dónde: = tiempo de preparación para procesar el lote Q =Cantidad de piezas por lote =Tiempo del ciclo de una operación para una unidad de trabajo. La producción puede ser por lotes (tandas) o continúa Sea = razón de producción por hora. Dónde: = tiempo promedio de producción por unidad de trabajo (min) 3.5 CAPACIDAD DE PRODUCCIÓN: Es la razón máxima de salidas que se pueden obtener de una línea de producción. PC= Dónde: N=Numero de centros de trabajo S=Numero de turnos por periodo R=Horas por turno. =Producción por hora de cada centro de trabajo

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3.6 UTILIZACIÓN Es el número de salidas que se generan contra la capacidad de la línea de producción.

Dónde: Q=Producción actual de la planta dentro de un periodo de tiempo. PC=Capacidad de producción. 3.7 DISPONIBLIDAD Es la medición de que tanto una maquina está disponible para realizar si trabajo.

A=Disponibilidad MTBF=Tiempo promedio entre fallas MTTR= Tiempo promedio de reparación

CAPITULO 2 PRINCIPALES MATERIALES UTILIZADOS EN LA INGENIERIA Son aquellas que emplean energía con la finalidad de cambiar la forma, propiedades físicas o apariencia de un objeto, con el fin de darle valor agregado. Existen las siguientes categorías:

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USOS DE MATERIALES: CONSTRUCCIÓN: Edificios, carreteras, hospitales, casas. TRANSPORTE: vehículos, aviones, naves espaciales, barcos, trenes. ROPA: tejidos impermeables, tejidos de alto desempeño, para actividades deportivas inteligentes. COMUNICACIONES: teléfonos, radios, TV, fibra óptica, hilos de cobre, DVD, computadoras. ALIMENTACIÓN: Envases, embalajes, tanques de almacenamiento, líneas de procesamiento.

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PROSESAMIENRO Y DESEMPEÑO:

PROCESAMIENTO: conjunto de técnicas para la obtención de materiales con formas y propiedades específicas. DESEMPEÑO: Respuestas de un material a un estímulo externo.

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CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES UTILIZADOS EN EL PROCESO DE MANUFACTURA:

Existen tres categorías:

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METAL

CERAMICOS

POLIMEROS

 METALES  PRODUCTOS CERÁMICOS  POLIMEROS Sus características físicas, químicas u mecánicas son diferentes, afectando los procesos de manufactura en el procesamiento de productos finales. Además de los tres materiales básicos, existe uno o más:  MATERIALES COMPUESTOS : metal-polímero, metal-cerámico, cerámico-polímero 6.1 METALES: Las manufacturas generalmente utilizan aleaciones de dos o más elementos, donde uno de ellos es metálico. Los metales se dividen en ferrosos y no ferrosos. 6.2 METALES FERROSOS: Se basan en el hierro, incluye acero y hierro colado, los metales ferrosos ocupan ¾ partes del metal utilizado en la tierra. El hierro puro tiene poco uso comercial. Aleado con carbón tiene mayores aplicaciones y se incrementa si valor comercial. Temperatura de fusión entre 360°C y 1425°C. Las aleaciones hiero con el carbono pueden formar:  ACERO  HIERRO COLADO 6.2.1 ACERO: Se define como una aleación hierro carbono que contiene 0.02 y 2.11% de carbono. Para mejorar sus propiedades del metal, incluye otros elementos como ser manganeso, cromo, níquel y molibdeno. Sus aplicaciones son: Industria de la construcción Transporte Productos de consumo El uso del acero se debe a: Buena resistencia mecánica Bajo costo entre los metales Facilidad de porcesado ELABORADO POR: AUX. DE DOC.: UNIV. ACHO SARZURI MARISOL

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UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES PROCESOS DE MANUFACTURA FACULTAD DE INGENIERIA IND-333 INGEIERIA INDUSTRIAL GESTIÓN 2016 6.2.1.1 HIERRO COLADO Aleación de hierro carbono entre 2 y 4% se utiliza en fundición. Mezcla compuesta también por silicio (0.5 y 3%). Se adicionan otros elementos para mejorar sus propiedades, la forma más común es el hierro colado gris. Se usa en la fabricación de Mono bloques y cabezas para motores de combustión interna. 6.2.2 METALES NO FERROSOS Comprenden los otros elementos metálicos y sus aleaciones. En todos los casos son más importantes comercialmente las aleaciones de los metales puros. Los metales puros más conocidos están: aluminio, cobre, oro, magnesio, plata, estaño, titanio entre otros. Se denominan materiales cerámicos a un compuesto que en su composición lleva elementos metálicos y no metálicos. Los elementos metálicos más comunes son: OXIGENO NITROGENO CARBONO Los materiales cerámicos se pueden dividir en:

TRADICIONALES

BARRO

Compuesto de finas partículas de silicatos hidratados de aluminio y otros minerales, se usa para fabricar ladrillo , tejas.

SILICE

Materia prima para todos los productos de vidrio.

ALUMINIO Y CARBURO DE Si

ALUMINA

MODERNOS

Compuestos esmerilado.

usados

en

productos

de

Con propiedades mejoradas a través de modernos métodos de procesamiento.

CARBURO DE Tg y Ti

Utilizados en la elaboración de buriles.

NITRURO DE TITANIO Y NITRURO DE BORO

Utilizados como herramientas de corte y abrasivos.

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UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA INGEIERIA INDUSTRIAL CRISTALINOS

PROCESOS DE MANUFACTURA IND-333 GESTIÓN 2016 Formatos a partir de polvos que luego son sinterizados(calentados por debajo del punto de fusión para aglutinar y endurecer los polvos)

CERAMICOS

VIDRIOS

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Se derriten, vacían y luego se forman mediante procesos adicionales de soplado.

POLIMEROS:

Compuestos formados por repetitivas unidades estructurales llamadas meros cuyos átomos comparten electrones para formar moléculas grandes. Formados por carbón y otros elementos como el hidrogeno, nitrógeno, oxígeno y cloro.

POLIMEROS

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TERMOPLÁSTICOS

No alteran su estructura molecular. Con variados ciclos de calentamiento y enfriamiento. Ejemplo: polietileno, el de polivinilo y nylon

TERMOFIJOS

Las moléculas se transforman químicamente en estructuras rígidas. Ejemplo: resinas fenólicas, epóxicas.

ELASTOMEROS

Tienen un comportamiento importante. Ejemplo: hule natural, neopreno, silicona y poliuretano.

COMPUESTOS:

Son una mezcla de tres tipos de materiales. Son logrados con dos fases que se procesan separadamente los materiales es para luego ser unidos y obtener propiedades superiores a las individuales. Los materiales compuestos se encuentran en la naturaleza, por ejemplo: la madera, también se producen sintéticamente. Los compuestos sintéticos son: Fibra de vidrio en matriz de polímeros como los plásticos reforzados en fibra. Fibra de polímero de una clase de matriz de un segundo tipo de polímero como los compuestos epoxi Materiales cerámicos en matriz metálica como el carburo de tungsteno en una cubierta de cobalto para formar en buril de carburo cementado. Las propiedades de los materiales compuestos dependen de sus componentes y de la forma en que se combinan para formar el producto final. Algunos materiales combinan peso con alta resistencia y son muy aplicados en la fabricación de: Aviones Carrocería para autos ELABORADO POR: AUX. DE DOC.: UNIV. ACHO SARZURI MARISOL

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UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA INGEIERIA INDUSTRIAL Material deportivo, otros.

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8.1 NECESIDADES ACTUALES Y DESAFIOS FUTUROS: REACTORES NUCLEARES: Materiales para la obtención y almacenamiento de residuos, reactivos, nuevos materiales para combustibles. TRANSPORTE: Materiales livianos y resistentes en altas temperaturas para optimizar el rendimiento energético. ENERGIA: Nuevos materiales para combustibles materiales específicos para la fabricación de nuevos dispositivos para la generación de energía usando fuentes alternativas al medio ambiente. RECICLAJE: Utilizar las 3R´s (REDUCIR, REUTILIZAR Y RECICLAR), reducir la cantidad de basura que botamos si se tiene imaginación e interés se puede reutilizar.

CAPITULO 3 PROPIEDADES DE LOS MATERIALES 9

DEFINICION:

Propiedad de un material es una característica mensurable capaz de calificar un comportamiento o una respuesta del mismo a solicitaciones externas, independientemente del tamaño y de la geometría del elemento considerando. El comportamiento del material bajo la acción de agentes físicos extensos como el calor, electricidad, magnetismo o la luz pueden magnéticas ópticas y térmicas. Las más importantes son la oxidación y la corrosión sobre todo metales. Definen el comportamiento de los materiales frente determinadas acciones mecánicas exteriores con fuerzas desplazamiento. Describen la capacidad del material para comprimirse, doblarse o romperse.

10 PROPIEDADES MECÁNICAS:

COHESIÓN

DUREZA ELASTICIDAD

•Resistencia de las moleculas a separarse. Debido a las fuerzas intermoleculares que permanecen unidas

•Resistencia de un cuerpo a ser penetrado por otro. En algunos casos puede sei modificada (aleaciones, tratamientos). Oposición que ejerce cuerpo para no rayarse. •Capacidad de recobrar la forma cuando cesa la causa que lo deforma.

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PLASTICIDAD

• Capacidad de adquirir deformación permanente sin sufrir rotura.

DUCTILIDAD

•Capacidad de deformar plásticamente frente a esfuerzos de tracción en la capacidad de un material que es capaz de estirarse en hilos(cobre, oro)

TENACIDAD MALEABILIDAD

•Capacidad para absorber energia frente a esfuerzos bruscos exteriores antes de antes de romperse a deformarse. debe ser elastico y plástico a la vez. Resistencia que opone un cuerpo aser todo. •Capacidad para deformarse plasticamente. Amplitud que tiene un material para etenderse en láminas(aluminio, oro)

FRAGILIDAD

•Cualidad contraña a las tenacidad tiene el k de elasticidad y el de rotura muy proximo carecen de k plástica. Cuando se ejerce una fuerza sobre un material se rompe en años

FATIGA

•Resistencia de la rotura por esfuerzo de magnutudes de magnitudes en sentido variable. Deformación de las materiales sometido a cargas variables .

MAQUINABILIDAD

ACTITUD

COLABILIDAD PLASTICIDAD TRACCIÓN

COMPRESIÓN FLEXIÓN TORCIÓN

•Faculdad que tiene un cuerpo al dejarse maquinar por piezas.

• Aumento de la dureza, fragilidad y resistencia en algunos materales por el frio.

•Aptitud que posee un material fundido al llenar el molde.

•Capacidad de conservar la misma forma. Es lo opuesto a la elasticidad.

• Gracias a la fuerza el objeto se alarga

•La fuerza tiende a cortar el objeto

•La fuerza tiende a cavar al objeto y es paralela a la superficie del metal.

• La fuerza tuerce el objeto.

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RESISTENCIA

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•Capacidad de un material de absorber energia en la zona elástica ante esfuerzos de rotura . Resistencia que opone.

CORTADURA PANDEO

•La fuerza rompe al material pasando por ella.

• Se da en objetos de poca sección y gran longitud doblandose la pieza.

11 PROPIEDADES QUIMICAS: 11.1 Protección contra la corrosión: Modificación química de la superficie. Creación por medios químicos de una carga protectora o capa de conversión. Tenemos: Cromatizado Fosfatación 11.2 Recubrimientos no metálicos Pinturas y barnices. Plásticos Esmaltes de cerámicos 11.3 Recubrimientos metálicos Electrodeposición Electroféresis Inmersión en caliente Difusión o cementado Protección catódica Inhibidores de la corrosión

12 PROPIEDADES FÍSICAS 12.1 ELECTRICAS Describe el comportamiento eléctrico del metal el cual en muchas ocasiones es mas critico que su comportamiento mecánico. Conductores Aisladores Semiconductores Superconductores

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CAPITULO 4 PROCESO DE FUNDICIÓN DE LOS METALES 13 DEFINICION: La fundición es un método para dar forma a los metales y convertirlos en productos útiles mediante el vaciado de metal fundido en la cavidad de un molde donde adquiere la forma predeterminada al solidificarse dentro de la misma. Los procesos de fundición son capaces de producir piezas de formas complejas y de gran tamaño. Además permiten utilizar mayor variedad de materiales en forma competitiva en comparación con otros procesos.

14 FUNDAMENTOS El proceso de fundición consiste en el vaciado de metal fundido en un molde construido siguiendo la forma de la pieza a manufacturarse y la posterior extracción una vez que la misma solidifica. Los factores involucrados de mayor interés son el flujo del metal fundido en la cavidad del molde, la solidificación y enfriamiento del metal fundido en la cavidad del molde, la solidificación y enfriamiento del metal en el molde u la influencia del tipo de material en el molde.

15 SOLIDIFICACIÓN DE LOS METALES: Los eventos que se producen durante la solidificación y posterior enfriamiento determinen las propiedades generales de la fundición a través de las propiedades térmicas tanto del metal como del molde, la relación geométrica entre el volumen y área superficial y la forma del molde.

16 FLUJO DEL FLUIDO El metal fundido es vaciado a través de un depósito para fluir por el sistema de alimentación a la cavidad del molde. Los canales del molde son los canales del molde que conectan con los ataques mientras que las mazarotas actúan como depósitos para suministrar el metal fundido de manera que se evite la contracción durante la solidificación además tienen una función de atrapar contaminantes(óxidos y otras inclusiones). El diseño de canales de alimentación se basa en los principios básicos de la mecánica de fluidos tales como el teorema de Bernoulli(perdidas), la ley de continuidad de masas y la presencia de turbulencia(problemas con aire atrapado).

17 FLUIDEZ DEL METALFUNDIDO La fluidez es la capacidad del metal fundido de llenar las cavidades del molde y depende de las características del metal fundido (viscosidad, tensión superficial, inclusiones, patrón de solidificación de la aleación) y los parámetros del vaciado(diseño de material y superficie del molde, grado de supercalentamiento velocidad de vaciado, transferencia de calor).

18 TRANSFERENCIA DE CALOR La transferencia de calor es de suma importancia en el ciclo complejo desde el vaciado hasta la solidificación y el enfriamiento hasta la temperatura ambiente y depende de los factores relacionados con el material de fundición y parámetros del molde y el proceso.

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