PROCESOS DE FABRICACIN UNIDAD 4 Y UNIDAD 5

PROCESOS DE FABRICACIÓN UNIDAD 4 Y UNIDAD 5

UNIDAD IV PROCESOS DE ENSAMBLE Dos o más partes separadas se unen para formar una nueva entidad, los componentes de ésta quedan unidos en forma permanente o semipermanente.

4. 1 PROCESOS DE ENSAMBLE NO PERMANENTE Método de ensamble mecánico aseguran dos o mas partes en una unión que puede desarmarse cuando convenga. Sujetadores (roscados): Tuercas, tornillos y pernos. Estos son los de uso mas frecuente.

Razones por las que se utiliza Facilidad de manufactura Facilidad para ensamble y transporte. Facilidad de desarmado y mantenimiento y reemplazo o reparación de partes. Facilidad de crear diseños que requieran uniones móviles, como bisagras, mecanismos de correderas y componentes y soporte ajustables. Menor corto general de manufactura del producto.

SEMIPERMANTE Son técnicas de ensamble mecánico que forman uniones más permanentes. La aplicación de remaches es un método de sujeción que ofrece altas velocidades de producción simplicidad confiabilidad y bajo costo. La aplicación de remaches se usa en procesos de sujeción dentro de la industria aeroespacial , aeronáutica. El puntillado, el engrapado, el cosido y las clavijas

PERMANENTES Soldadura La soldadura es un proceso de unión de materiales en la cual se funden las superficies de contacto de dos (o más) partes mediante la aplicación conveniente de calor o presión. La soldadura es un proceso relativamente nuevo, su importancia comercial y tecnológica se deriva de los siguientes: 1. La soldadura proporciona unión permanente 2. La unión soldada puede ser más fuerte que los materiales originales. 3. En general, la soldadura es una forma más económica de unir componentes, en términos de uso de materiales y costos de fabricación. 4. La soldadura no se limita al ambiente de fábrica. Puede realizarse en el campo.

Tipos de Soldadura por fusión – estos procesos usan el calor para fundir los materiales base. En muchas operaciones de soldadura por fusión, se añade un metal de aporte a la combinación fundida para facilitar el proceso y aportar volumen y resistencia a la unión soldada. Soldadura de estado sólido – este proceso se refiere a los procesos de unión en los cuales la fusión proviene de la aplicación de presión solamente o una combinación de calor y presión. Algunos procesos representativos de este proceso son: Soldadura por difusión, las partes se colocan juntas bajo presión a una temperatura elevada. Soldadura por fricción, es un proceso similar al de difusión, solo que la temperatura se obtiene al friccionar las partes a unir. Soldadura ultrasónica – se realiza aplicando una presión moderada entre las dos partes y un movimiento oscilatorio a frecuencias ultrasónicas en una dirección paralela a las superficies de contacto. La combinación de las fuerzas normales y vibratorias produce intensas tensiones que remueven las películas superficiales y obtienen la unión atómica de las partes.

Tipos de uniones (a) Unión empalmada – en esta unión, las partes se encuentran en el mismo plano y unen sus bordes. (b) Unión de esquina – Las partes en una unión de esquina forman un ángulo recto y se unen en la esquina del ángulo. (c) Unión superpuesta – Esta unión consiste de dos partes que se sobreponen (d) Unión T – Una parte es perpendicular a la otra cuando se unen. (e) Unión de bordes – las partes en una unión de bordes están paralelas con al menos uno de sus bordes en común y la unión se hace en el borde común.

Existe otros tipos de soldadura como: 1. - Soldadura metálica con arco protegido 2. Soldadura metálica con arco eléctrico y gas 3. Soldadura con núcleo fundente 4. Soldadura electro gaseosa 5. Soldadura con arco sumergido 6. - La soldadura por resistencia es principalmente un tipo de soldadura por fusión donde el calor se obtiene mediante la generación de un gran resistencia eléctrica dirigida hacia el flujo de corriente en la unión que se va a soldar

UNIONES ADHESIVAS El uso de adhesivos data de épocas antiguas, y el pegado fue probablemente el primero de los métodos de unión permanente utilizado. Los adhesivos tienen un alto rango de aplicaciones de unión y sellado, para integrar materiales similares y diferentes, como metales, plásticos, cerámica, madera, papel y cartón entre otros. La unión con adhesivos es un proceso en el cual se usa un material ajeno a los materiales que se desea unir para la fijación de ambas superficies.

Generalmente, las uniones con adhesivos no son tan fuertes como las que se hacen con soldadura, y para eso se toman en cuenta algunos principios: 1. - Se debe maximizar el área de contacto de la unión 2. - Los pegados son más fuertes en cizalla y en tensión, y las uniones deben diseñarse para que se apliquen tensiones de esos tipos. 3. - Los pegados son más débiles en hendiduras o desprendimientos, y deben diseñarse para evitar este tipo de tensiones.

Tipos de Adhesivos Existe una gran cantidad de adhesivos comerciales, pero todos estos pueden clasificarse dentro de 3 categorías: 1) naturales, 2) inorgánicos y 3) sintéticos. Los adhesivos naturales son materiales derivados de fuentes como plantas y animales, e incluyen las gomas, el almidón, la dextrina, el flúor de soya y el colágeno. Este tipo de adhesivos se limita aplicaciones de bajo tensión. Lo adhesivos inorgánicos se basan principalmente en el silicio de sodio y el oxicloruro de magnesio, aunque el costo de estos es relativamente bajo, su resistencia es similar a los naturales. Los adhesivos sintéticos constituyen la categoría más importante en la manufactura; incluyen diversos polímeros termoplásticos y duroplásticos.

Métodos de aplicación de adhesivos 1. - Aplicación con brocha 2. - Rodillos manuales 3. - Serigrafía 4. - Por flujo 5. - Por aspersión o atomización 6. - Con aplicadores automáticos 7. - Recubrimiento mediante rodillo

4. 2 Selección de métodos de ensamble Existen solamente 2 métodos de ensamble. 1. Manual 2. Mecánico Método manual: es aquel en donde la mano del hombre literalmente es parte del ensamblado del articulo. Método mecánico: es aquel en el que la parte involucrada en el ensamblaje es una maquina.

Hay diversos sistemas automatizados para realizar operaciones de ensamble mecánico, entre ellos están: • Máquinas de propósito especial • Sistemas programables. Las máquinas de propósito especial generalmente consisten en una serie de estaciones de trabajo, en las cuales se añaden partes y/o se ejecutan operaciones de unión

Los sistemas de ensamble programables se utilizan para producir una variedad limitada de ensambles distintos. Con frecuencia se emplean robots industriales, ya sea como estaciones de trabajo múltiples o como un robot único en una estación. Para facilitar el ensamble automatizado se siguen estos puntos: a)Usar la modularidad en el diseño de productos b) Reducir la necesidad de que se manejen varios componentes a la vez c) Limitar las direcciones requeridas de acceso d) Componentes de alta calidad e) Usar ajustes de agarre automático

ALGUNOS METODOS USADOS EN LAS INDUSTRIAS En el método BOTTOM-UP, cada pieza es creada separadamente desde las otras piezas. Después que las piezas son completadas, ellas son insertadas en un ensamble y restringidas juntas. Ejemplo claro es en la producción de muebles de madera , o la realización de una estructura metálica para algún edificio en construcción. Método de ensamble es la “soldadura” Método de Uniones adhesivas Método de ensamble con sujetadores mecánicos

4. 3. Dispositivos de Montaje El término dispositivo se utiliza como sinónimo de aparato, es algo que establece una disposición. El robot es uno de los principales dispositivos de montaje o ensamble y otros dispositivos como las grúas, poleas, pinzas transportadoras, estas son muy comunes en la industria automotriz, podemos apreciarlas en las siguientes imágenes. Estos dispositivos se consideran entre las operaciones más sencillas o directas de realizar, en donde el objetivo primario es mover una pieza de una posición a otra. Existen otras aplicaciones de manejos de material en las que el robot se utiliza para servir a una máquina de producción transfiriendo piezas a/o desde las máquinas.

UNIDAD V OTROS PROCESOS INDUSTRIALES PLASTICOS, TERMICOS, PLASTICOS COMPUESTOS TERMOFRAGUANTES. 5. 1. Generalidades La fabricación de productos plásticos en gran escala, data de una fecha comparativamente reciente. El descubrimiento de la ebonita o hule duro por Charles Good year en 1839 y el descubrimiento del celuloide por J. W. Hyatt en 1869 marcaron el comienzo de esta industria. No fue, sin embargo, sino hasta 1909 cuando uno de los materiales más importantes, la resina de fenolformaldehído, fue desarrollada por el Dr. L. H. Baekeland y sus colegas. Desde entonces la investigación ha agregado numerosos materiales sintéticos que varían ampliamente en propiedades físicas. En general el término plástico se aplica a todos los materiales capaces de ser moldeados o modelados. El uso moderno de ésta palabra ha cambiado su significado hasta incluir un extenso grupo de materiales orgánicos sintéticos que se hacen plásticos por la aplicación del calor y son capaces de formarse bajo presión. Sustituyen a materiales tales como el vidrio, madera y metales en la construcción y se hacen muchos artículos útiles, incluyendo revestimientos y filamentos para tejidos.

Ventajas y limitaciones de los Materiales plásticos. Los productos hechos de materiales plásticos pueden producirse rápidamente con tolerancias dimensionales exactas y excelentes acabados en las superficies. Con frecuencia has sustituido a loa metales en los casos en que han de ser cualidad es esenciales, la ligereza de peso, la resistencia a la corrosión y la resistencia dieléctrica son factores para ser considerados. Estos materiales pueden hacerse ya sea transparentes o en colores, tienden a absorber vibración y sonido y a menudo son más fáciles de fabricar que los metales. Existen diferentes clases de plásticos en producción comercial, que ofrecen hoy en día una amplia variedad de propiedades físicas El uso de los plásticos queda limitado por su comparativamente baja fuerza, por su poca resistencia al calor y en algunos casos por el alto costo de los materiales y poca estabilidad dimensional. Comparados con los metales, éstos son más suaves, menos dúctiles y más susceptibles a deformaciones bajo carga y quebradizos a baja temperatura. Algunos plásticos son flamables y pueden deteriorarse a la luz del sol.

5. 2. Tipos de plásticos Las materias plásticas se dividen en dos clases fundamentales: termofraguantes y termoplásticas. La diferenciación se basa sobre la estructura molecular de sus compuestos y sobre su comportamiento en presencia de calor en la fase de elaboración. Durante el estampado de un termoplástico no se verifica ninguna reacción química y el estampado no es irreversible por que las termoplásticas pueden ser llevadas al estado plástico y sucesivamente de nuevo al estado sólido sin que pierdan sensiblemente sus características. Las resinas termofraguantes se obtienen por policondensación. El policondensado es un material termofraguante porque en la fase de elaboración, cuando se caliente y se somete a la acción de la presión, se determina una reacción química que provoca una reestructuración de carácter irreversible de la molécula: una vez formado, un termofraguante no es más recuperable. Son termofraguantes por ejemplo, las resinas fenólicas, las melanímicas, las uréicas y el poliéster.

5. 3. Materias primas En un principio, la mayoría de los plásticos se fabricaban a partir de resinas de origen vegetal, como la celulosa (del algodón), el furfural (de la cáscara de la avena), aceites de semillas y derivados del almidón o del carbón. La caseína de la leche era uno delos materiales no vegetales utilizados. A pesar de que la producción del nailon se basaba originalmente en el carbón, el aire y el agua, y de que el nailon 11 se fabrica todavía con semillas de ricino, la mayoría de los plásticos se elaboran hoy con derivados del petróleo. Las materias primas derivadas del petróleo son tan baratas como abundantes. No obstante, dado que las existencias mundiales de petróleo tienen un límite, se están investigando otras fuentes de materias primas, como la gasificación del carbón.

El petróleo en su refinado se divide por destilación en varias fracciones, de las cuales la que se emplea para la fabricación de los plásticos es la de las naftas. La nafta mediante un proceso térmico denominado “craking”, se transforma en una mezcla de etileno, propileno, butileno y otros hidrocarburos ligeros; a partir de esta mezcla se obtiene la materia prima para los plásticos. Pero el proceso no acaba ahí, ya que por ejemplo el etileno supone materia prima para unos determinados plásticos; y a partir de él por reacción con diferentes compuestos se obtienen productos como el estireno o el cloruro de vinilo, que a su vez son materia prima para otros plásticos. Los plásticos son polímeros y se producen mediante un proceso llamado polimerización: enlaces químicos entre monómeros para crear polímeros. El tamaño y la estructura de las moléculas, así como la naturaleza de los enlaces confieren a los plásticos sus propiedades.

Las materias primas para los compuestos plásticos, son diversos productos agrícolas y muchos otros materiales minerales y orgánicos, incluyendo carbón, gas, petróleo, piedra caliza, sílice y azufre. En el proceso de fabricación se agregan otros ingredientes tales como polvos colorantes, solventes, lubricantes, plastificantes y materiales de relleno. El aserrín, la harina, algodón, fibras de trapo, asbesto, metales pulverizados, grafito, vidrio, arcilla y tierra diatomácea son los materiales más importantes usados como relleno. Tales productos como asientos para sillas a la intemperie, telas plásticas, recipientes para basura, fundas para máquinas, artículos para equipaje, cascos de seguridad, cañas para pescar y partes para instrumentos, son ejemplos de los productos que utilizan este relleno. Su empleo reduce los costos de fabricación, disminuye el encogimiento, mejora la resistencia al calor, suministran resistencia al impacto o le imparten al producto otras propiedades deseables

5. 4. Compuestos termofraguantes (fenólicas, resinosas y furámicas) Los materiales plásticos se pueden clasificar en termofraguantes y termoplásticos. Termofraguantes: Son formados mediante calor y con o sin presión, resultando un producto que es permanentemente duro. El calor ablanda primero al material, pero al añadirle más calor o sustancias químicas especiales, se endurecen por un cambio químico conocido como polimerización y no puede ser reblandecido. La polimerización es un proceso químico que da como resultado la formación de un nuevo compuesto cuyo peso molecular es un múltiplo del de la sustancia original. Los procesos utilizados para plásticos termofraguantes, incluyen compresión o moldeo de transferencia, colado, laminado o impregnado

Fenólicas Es uno de los principales plásticos termofraguantes que se usan en la actualidad en la industria. Dicha resina sintética se elabora mediante la reacción del fenol con el formaldehído, forma un material duro, de alta resistencia, durable, capaz de ser moldeado bajo una amplia variedad de condiciones. Este material tiene alta resistencia al calor y al agua y puede producirse en una gran variedad en colores. Se usa en la fabricación de materiales de revestimiento, productos laminados, ruedas de esmeril y agentes aglutinantes para metal y vidrio, pudiendo moldearse en muchas formas útiles, tales como cajas moldeadas, clavijas eléctricas, tapones de botella, perillas, carátulas, mangos para cuchillos, gabinetes para radio y otras numerosas partes eléctricas. Los compuestos fenólicos son moldeados por compresión o moldeo de transferencia.

Resinas amínicas Las resinas más importantes son formaldehído de urea y formaldehído de melanina. Este componente plástico, también termofraguante, se puede obtener en forma de polvo para moldear o en solución para usarse como liga y adhesivo. A la vez se combina con una variedad de relleno, mejora las propiedades mecánicas y eléctricas. Las buenas características de flujo de la resina de melanina hacen un modelo de transferencia, conveniente para tales artículos como vajillas, piezas de encendido, perillas y estuches para rasuradoras.

Resinas furánicas Las resinas furánicas de obtienen procesando productos agrícolas de desecho, tales como olotes, cascaras de arroz y de semillas de algodón, con ciertos ácidos. La resina termofraguante que se obtiene es de color obscuro resistente al agua y tiene excelentes cualidades eléctricas. Estas resinas también son usadas como aglutinantes para arena de corazones de fundición, como aditivos endurecedores para enyesar, también como agentes adhesivos en compuestos de piso y en productos de grafito.

4. 5 Celulosas, poliestirenos, polietilenos y propilenos. Los termoplásticos, son procesados principalmente por inyección o moldeo soplado, extrusión, termoformado y satinado. Celulosas: Las celulosas son termoplásticos preparados de varios tratamientos con fibras de algodón y madera. Son muy tenaces y se producen en una amplia variedad decolores. Acetato de celulosa: Es un compuesto más estable que tiene una resistencia mecánica considerable y fácil de ser fabricado en láminas o ser moldeado por inyección, compresión y extrusión. Con este compuesto de fabrican envases de exhibición, juguetes, perillas, cuerpos de lámparas eléctricas, revestimientos de cerdas para brochas de pinturas, etc.

Acetato-butirato de celulosa: Es un compuesto para moldeos, es similar al acetato de celulosa y ambos se producen en todos loso colores por los mismos procesos, en general se reconoce por su baja absorción de humedad, por su fuerza, estabilidad dimensional bajo diversas condiciones atmosféricas y por su capacidad para ser extruido continuamente. Es utilizado para fabricar los siguientes productos: cascos para futbol, armazones para anteojos, charolas, cinturones, etc. Poliestirenos: Es un material adaptado especialmente para moldeo por inyección y extrusión. Algunas de sus características más notables son. Su bajo peso específico (1. 07), es fácil de obtener en colores claros a opaco, resistentes al agua y a la mayor parte de los gentes químicos, estabilidad dimensional y buenas características de aislamiento.

Polietilenos: Los productos de polietileno son flexibles tanto temperatura ambiente normal como abajas temperaturas, son a prueba de agua, no los afecta la mayoría de los agentes químicos; son capaces de sellar por calor y pueden producirse en muchos colores. El polietileno es uno de los plásticos más ligeros, pudiendo flotar en el agua, tiene una densidad de. 91 a. 96. es uno de los plásticos más económicos y sus características de resistencia a la humedad favorecen para envolver y para hacer bolsas. Otros productos son: charolas para cubos de hielo, charolas para revelado, telas, material de envoltura, biberones, mangueras para jardín, cables coaxiales y partes aislantes para aplicaciones de alta frecuencia. Estos productos se pueden fabricar en moldeo por inyección, moldeo soplado o extruirse en láminas, películas, etc.

Polipropileno: Puede ser procesado por todas las técnicas termoplásticas. Tiene excelentes propiedades eléctricas, alta resistencia al impacto y a la tensión, con buena resistencia a los productos químicos y al calor. Los monofilamentos de polipropileno se usan para hacer sogas, redes y telas, también se fabrican artículos para hospital y laboratorio, juguetes, muebles, etc. Resinas furánicas: Las resinas furánicas de obtienen procesando productos agrícolas de desecho, tales como olotes, cascaras de arroz y de semillas de algodón, con ciertos ácidos. La resina termofraguante que se obtiene es de color obscuro resistente al agua y tiene excelentes cualidades eléctricas. Estas resinas también son usadas como aglutinantes para arena de corazones de fundición, como aditivos endurecedores para enyesar, también como agentes adhesivos en compuestos de piso y en productos de grafito.

5. 6 MAQUINADOS CON CHORRO ABRASIVO Este maquinado es un proceso mecánico para el corte de materiales duros y quebradizos. Esto es similar a una ráfaga de arena, utilizando pequeñas partículas de abrasivo muy finas y control de cierre a baja velocidad. Por medio el aire se llevan partículas abrasivas que chocan en la pieza a velocidades alrededor de 900 a 18000 m/min. Se utilizan para el corte, polvos de óxido de aluminio o carburo de silicio mientras que los polvos ligeros como la dolomita o bicarbonato de sodio se usan para limpieza, grabado o pulido. Los polvos no son recirculados a causa de posible contaminación lo cual es apto a la obstrucción del sistema. Este maquinado, corta materiales frágiles sin dañarlos. Otros usos incluyen vidrio escarchado, remoción de óxidos en superficies metálicas, rebabeado, grabado de modelos, taladrado y corte de secciones finas de metal, corte y moldeo de materiales cristalinos. Este no es adecuado para el corte de materiales blandos porque las partículas abrasivas tienden a embutirse. Comparado con procesos convencionales, la relación de remoción de material es lenta.

PROCESO Se apunta un chorro de alta velocidad de aire seco (o nitrógeno) con partículas abrasivas a la superficie de la pieza. El choque genera una fuerza concentrada apta para cortar materiales metálicos y no metálicos, para desbarbar o eliminar esquirlas, o para limpiar una pieza con superficie irregular.

Esquema del proceso de maquinado con chorro abrasivo El método de maquinado con chorro abrasivo tiende a redondear las aristas agudas en esquinas. Otra desventaja que presenta es el riesgo causado por las partículas abrasivas suspendidas en el aire

5. 7 MAQUINADOS CON CHORRO DE AGUA El maquinado con chorro de agua o fluido es un proceso que utiliza una corriente de agua de alta velocidad como agente de corte. Estos chorros tienen aproximadamente un diámetro de. 25 mm y operan a velocidades de 36000 a 54000 m/min. A tales velocidades, los chorros pueden cortar madera, plásticos, telas y en algunos casos cerámica. Una desventaja de este proceso es la falta de equipo de bombeo adecuado. PROCESO En este método se utiliza la fuerza debida al cambio de la cantidad de movimiento del chorro en operaciones de corte y desbarbado. El chorro funciona como una sierra y corta una ranura angosta en la pieza.

Esquema del proceso de maquinado con chorro de agua

Se pueden cortar materiales como madera, telas, ladrillos, cuero y papel de hasta 25 mm de espesor. Se usa para cortar tableros de instrumentación en automóviles, y algunas láminas de carrocería. Es una operación eficiente y limpia, y por eso se utiliza en la industria de alimentos para cortar productos alimenticios. Este procedimiento muestra numerosas ventajas. Es adecuado para materiales flexibles (ya que no se producen flexiones) y las rebabas producidas son muy pequeñas. La pieza se humedece muy poco y puede iniciarse el corte en cualquier lugar sin necesidad de un hueco pretaladrado. Por último, no produce calor, y es un proceso seguro para el ambiente (aunque es muy ruidoso). Si al chorro de agua se le agregan partículas abrasivas, se puede aumentar notablemente la velocidad de remoción del material. Recordemos que un abrasivo es una partícula dura, pequeña y no metálica que tiene aristas agudas y forma irregular. Este procedimiento es adecuado en especial con los materiales sensibles al calor que no se pueden maquinar con procesos que involucren generación de calor.