Optimización de Procesos de Fabricación Industrial: Técnicas y Control de Calidad

Roles en la Fabricación Industrial

• Ingeniería de Producto: Industrialización de productos, planificación de proyectos, atención al cliente, planificación y ejecución del PPAP (Pre Production Approval Process), participación en la definición del proceso.
• Ingeniería de Proceso: Rediseñar y participar en los procesos, elaborar documentación interna y externa.
• Supervisor de Producción: Controlar, supervisar y organizar.

Factores Clave en la Fabricación

• Producto: Tamaño, geometría y tolerancias.
• Capacidad de Producción: Tecnología, capacidad del sistema de fabricación y control.
• Industrialización: Proceso de fabricación, utillaje.
• Optimización y Mejora Continua: Modificar y mejorar procesos.
• Fabricación: Aprovechar los recursos mediante procesos y maquinaria con un orden, buscando la máxima producción y el mínimo coste.

Calidad, Coste y Plazo

• Calidad: Capacidad e incertidumbre del medio de medida.
• Coste: Técnicas de producción (máquinas tradicionales, de CN, o especiales), sistemas de producción (por trabajo o bajo pedido, por lotes, continua).
• Plazo: Relación con la incertidumbre (U) y la tolerancia (T): 3 ≤ T/2U ≤ 10. A mayor incertidumbre, menor coste y plazo.

Incertidumbre = Tolerancia que se quiere controlar (T).
Tipo de control = Relación entre la capacidad del sistema y la tolerancia.

Objetivos de la Fabricación

El objetivo principal es maximizar la productividad. Para ello, se debe prestar atención a:

• Utillaje: Máquinas necesarias, herramientas adecuadas, lubricantes, refrigerantes, mantenimiento de máquinas.
• Fabricación: Preparación de maquinaria, reducción de esperas, localización de piezas defectuosas, control del estado del material.
• Condiciones Ambientales: Limpieza, iluminación, ruido, toxicidad.

Proceso de Fabricación y Manual de Calidad

El Manual de Calidad de la ingeniería de fabricación es un documento que contiene la información de los procesos de fabricación, dando trazabilidad al sistema de producción. Es una herramienta básica para optimizar y mejorar continuamente la producción, la gestión del utillaje y de programas CNC y automatismos. Incluye información sobre:

• Material
• Procesos
• Máquinas
• Herramientas
• Transporte
• Seguridad
• Inspección
• Control de calidad

Clasificación de los Procesos de Fabricación

Fundición

• Molde y modelo desechable.
• Molde desechable y modelo permanente.
• Molde permanente.

Conformado/Moldeado

• Procesos de Deformación Volumétrica: Laminación, forjado, extrusión y estirado.
• Procesos de Láminas Metálicas: Cizallado, doblado y embutido, estampado/conformado.
• Procesamiento de Polímeros: Termoplásticos, termofijos, producción rápida de prototipos.

Mecanizado

• Convencional: Torneado (cilindrado, ranurado, tronzado, refrentado, ranurado frontal, cilindrado interior), taladrado, fresado, brochado.
• Avanzado: Electroerosión, mecanizado químico, láser, por chorro de agua.

Unión

• Soldadura: Por fusión, fricción, resistencia, explosión, en frío.
• Sujeción y Pegado: Pegado adhesivo, unión por tornillo, soldadura fuerte.

Acabado

• Con Eliminación de Material: Rectificado, lapeado, pulido electroquímico.
• Con Adición: Tratamiento superficial, recubrimiento, pintado.

Nanofabricación

• MEMS (Sistemas Micro y Nanoelectromecánicos).

Procesos de Manufactura: Punzonado y estampado.

Criterios de Selección del Proceso de Fabricación

• Según Geometría:
  • Fresado: Amplios radios de curvatura.
  • Electroerosión: Ranuras profundas, aristas interiores, micro.
  • Mecanizado CNC: Piezas complejas 3D.
• Según Tolerancia.
• Según Disponibilidad: Taller convencional o línea robotizada.

Fundición de Metales

Características

• El proceso más rápido y económico.
• Permite obtener geometrías complejas.
• Gran homogeneidad e isotropía.
• Posibles defectos de fundición y peores propiedades mecánicas.

Operaciones

• Molde: Rígido, compacto, resistente a efectos térmicos y erosión del caldo, precisión dimensional, buen acabado superficial y ausencia de defectos.
• Fusión: Temperatura de colada superior a la temperatura de fusión.
• Colada: De gravedad o por presión. Tipos: directa, por el fondo o en sifón, por plano de separación del molde, escalonada, con giro de molde.
• Desmoldeo.
• Acabado.
• Modelo: Prever contracción de la pieza, estimar creces para el mecanizado, facilidad de desmoldeo, prever deformaciones por enfriamiento.

Hornos

• De Cubilote: Cuba cilíndrica revestida por material refractario. Se vierte la carga metálica y el agente fusor (combustible).
• Eléctricos: Efectos resistivos e inductivos. Ventajas: Temperaturas más elevadas y mejor controladas, no varía la composición, control de la atmósfera de fusión.
• De Reverbero: Quema combustible en parrilla y el calor se refleja en el techo de la bóveda (convección y radiación). Composición estable y bajo rendimiento energético.

Conformado Plástico

La forma final se obtiene por deformación de la pieza, sin aporte o eliminación de material. Se busca deformar los granos para que soporten mayores esfuerzos.

• En Caliente: Temperatura superior al 85% de la temperatura de fusión. El material se ablanda, recupera y cristaliza.
• En Frío: Para materiales dúctiles en frío. Los granos se orientan en el sentido de la deformación, elevando la dureza y la resistencia a tracción.

Ejemplos: Laminación, forja, extrusión, doblado y curvado, embutición.

Punzonado de Metales

Corte de chapa en frío, mediante la aplicación de presión sobre el punzón.

• Punzón: Deformación inicial, cizallamiento y rotura.
• Matriz: Soporte.
• Guía de punzón y de la chapa.

Características del Borde de Corte

• Borde de Corte de la Chapa:
  • Deformación plástica (radio R).
  • Zona bruñida (brillante).
  • Fractura angular (mate).
  • Rebaba.
• El Borde Cortado depende de: Tipo de material, dureza, espesor, juego punzón/matriz, estado de los filos de corte, sujeción del material.

Calidad y Fractura Angular

Dependen del juego entre punzón y matriz:

• Reducción del Juego: Menores errores de forma, mayor precisión, mayor desgaste de la herramienta, mayor energía consumida.
• Aumento del Juego: Mayor vida útil de la herramienta, menor precisión en los bordes, deformación plástica excesiva o mayor rebaba.
• Óptimo: Grietas alineadas.

Maquinaria: Torno y Fresadora

• Torno Universal: Tornea al diámetro requerido, CNC, paso de barra (32-110 mm), diámetro (250-700 mm), distancia hasta 2000 mm, potencia (7-35 kW).
• Fresadora Universal: Realiza trabajos fuertes, herramientas multifilo, amplio campo de operaciones (muchos grados de libertad), mesa y cabezal orientables, mecaniza cualquier superficie, amarrar la pieza por la superficie mecanizada (mayor precisión), recorrido 750x500x470 mm, superficie de mesa 1050x350 mm, potencia 4,5 kW.

Control de Producción

• Control de Calidad: Analiza si se cumplen las especificaciones de diseño, fabricación y montaje.
• Control de Producción: Número de piezas por unidad de tiempo.

Procesos de Calidad

• De Medida: Se obtiene un valor numérico. La pieza puede ser correcta, recuperable o desechable. Se debe tener en cuenta la tolerancia y la incertidumbre.
• De Inspección: Visual, detección de grietas, etc.
• De Ensayo: Obtiene características estructurales y funcionales.
• De Verificación: Rápido y barato, calibre pasa/no pasa.

Calidad: Metrología, Normalización, Certificación, Acreditación.

Elementos de Medida: Magnitud física, Valor más probable, Incertidumbre, Nivel de significación, Unidad.

Tipos de Medida

• Diferencial o por Comparación.
• Absoluta o Directa: Con instrumento de medida.

Incertidumbre

Dispersión de valores que podrían atribuirse al mensurando. Es el primer índice de calidad de una pieza. A mayor incertidumbre, menor calidad. Criterio de seguridad para una tolerancia T: Aceptación (T-2U), rechazo (U a cada lado). A menor tolerancia, mayor coste.

Sistemas de Aseguramiento de la Calidad

• Objetivos: Dominar la aptitud en el empleo de los medios de medida y dotarles de aseguramiento.
• Trazabilidad: Permite comparar una medida con referencias determinadas.
• Calibración: Relación entre los valores de un instrumento de medida con los de un material de referencia.

5M: Medios, Método, Material, Medio (entorno), Mano de obra. Todos influyen en el resultado de la medida.

Función Metrológica en la Empresa: Calificación inicial, Puesta en marcha, Calibración, verificación y mantenimiento, Baja o desclasificación.