Integración CAD-CAE-CAM para la Producción Industrial: Procesos y Tecnologías de Fabricación

EL PROCESO DE PRODUCCIÓN Y LA INTEGRACIÓN CAD-CAM-CAE

1. Introducción

Actividad esencial: El ser humano realiza actividades para hacer cosas, lo que entendemos como fabricación.

Tecnología: Aplicación de la ciencia para proporcionar a la sociedad los elementos que necesita o desea.

Enfoques de los procesos de fabricación:

• Tecnología → Fabricación
• Economía → Producción

2. Proceso de fabricación

Operaciones de procesado

Operaciones de procesado:

• Operaciones de forma - conformación: fundición, conformado, pulvimetalurgia, arranque de material, etc.
• Mejora de propiedades: tratamientos térmicos.
• Operaciones de acabado superficial: limpieza y tratamientos superficiales, recubrimientos, etc.

Operaciones de montaje

• Uniones permanentes: soldadura, uniones adhesivas, etc.
• Uniones desmontables: uniones roscadas, juntas mecánicas, etc.

Procesos de fabricación (descritos)

• Fundición: el material de partida es un líquido o semilíquido a alta temperatura que se enfría y se solidifica, adquiriendo una forma determinada.
• Pulvimetalurgia: el material de partida son polvos que se conforman y calientan hasta obtener la geometría final.
• Conformado plástico: la pieza adopta la geometría deseada mediante la aplicación de fuerzas que superan el límite elástico del material.
• Laminación
• Extrusión
• Estirado
• Forja
• Estampación
• Operaciones de arranque de material: se elimina el material en exceso de la pieza para obtener la geometría final deseada.

Procesos de conformación — Eficiencia

• Minimizar desperdicios/deshechos.
• Geometría lo más cercana posible a la deseada.
• Mínimo número de operaciones.

Ejemplos: mecanizado, forja, conformado plástico, pulvimetalurgia, fundición.

3. CAD (Computer-Aided Design)

Integración CAD: primer paso del proceso de producción.

Programa informático gráfico que ayuda al proceso de diseño en ingeniería y facilita el proceso de producción mediante la generación de modelos sólidos tridimensionales.

Ventajas

• Reducción del tiempo de diseño/desarrollo y de costes.
• Mejor capacidad visual para la toma de decisiones.
• Trazabilidad en el control de cambios.
• Parametrización de diseños.
• Trabajo por piezas y ensamblado.
• Generación de listas de materiales (BOM).
• Estudio de movimiento.
• Creación de geometrías complejas.

Aplicaciones

• Diseño industrial.
• Circuitos eléctricos y electrónicos.
• Arquitectura.
• Ingeniería industrial.

4. CAE (Computer-Aided Engineering)

Integración CAE: segundo paso del proceso de producción.

Programa informático para la resolución de problemas mediante el análisis en ingeniería; incluye la división en mallas para incrementar la exactitud del cálculo.

Tipos de análisis

• Mecánico: tensiones, deformaciones, vibraciones, etc.
• Térmico: temperaturas, flujos de calor, etc.
• Magnético: inducción.
• Fluidos: CFD.
• Procesos de fabricación: forja, conformado de chapa, moldeo.

Antes de la producción se realiza una serie de análisis para probar el diseño frente a diversas condiciones.

Ventajas

• Comprobación rápida de la validez del diseño.
• Menos ensayos experimentales.
• Identificación anticipada de problemas (fabricación, funcionamiento).
• Optimización del diseño: geometría, material.
• Mayor calidad del producto.

Importante: interpretar correctamente los resultados (por ejemplo, mapas de colores) para tomar decisiones fiables.

5. CAM (Computer-Aided Manufacturing)

Integración CAM: tercer paso del proceso de producción.

El ordenador genera las trayectorias de corte (mecanizado) necesarias para obtener la geometría especificada en CAD.

CAD + CAE → generación de código CNC (G-code) mediante CAM.

Una vez integrado el diseño (CAD) y su estudio en CAE, se forma el código CNC que se enviará a la máquina para mecanizar el diseño.

Ventajas

• Reducción del tiempo y costes de mecanizado.
• Selección correcta de trayectorias y herramientas.
• Prevención de colisiones.
• Posicionamiento óptimo de anclajes y amarres.
• Mejor calidad de la geometría final.

Aplicaciones

• Mecanizado de alta velocidad: automoción, aeronáutica, medicina, electrónica.
• Maquinado multifunción.
• Mecanizado en 5 ejes para geometrías complejas.
• Automatización de procesos de mecanizado.
• Integración con sistemas de calidad.

6. Integración CAD/CAE/CAM

CAD + CAE + CAM = clave para aumentar la productividad en la industria.

• Automóviles, aviones y motores son diseñados y fabricados en entornos integrados CAD/CAE/CAM.
• Internet facilita el intercambio de información: ficheros, modelos, trayectorias y datos de sensorización.
• Reducción de los plazos de creación de productos: desde el concepto hasta el producto final.
• Productos más fiables, con retroalimentación de clientes y procesos de producción más económicos.