Optimización de la Producción Industrial: Procesos, Herramientas y Tecnología

Ingeniería de Producto y Procesos de Fabricación

Roles en la Producción Industrial

• Ingeniero de Producto: Industrialización de productos, planificación de proyectos, interlocutor con el centro de desarrollo o construcción, atención al cliente, planificación y ejecución PPAP, participación en la definición del proceso, gestión de utillaje y medios de producción.
• Ingeniero de Procesos: Estudiar, analizar y rediseñar procesos productivos, participar en el diseño y ejecución de procesos de fabricación, elaborar documentación técnica.
• Supervisor de Producción: Controlar el correcto funcionamiento y rendimiento de las instalaciones, supervisar el cumplimiento eficaz de los programas (calidad, coste y seguridad), organizar y planificar el trabajo del personal, mejorar la productividad.

Factores Clave en la Producción

• Producto: Geometría, tolerancias y tamaño del lote.
• Capacidad de Producción: Tecnología, capacidad del sistema de fabricación y del sistema de control.
• Industrialización: Proceso de fabricación, puesta a punto del sistema de fabricación y control, utillaje.
• Optimización: Modificar especificaciones, mejorar el sistema de producción y los procesos.
• Tecnologías de Fabricación: Procesos de conformación del material bruto al producto acabado, de acuerdo con las especificaciones.
• Incertidumbre: Tolerancia (3 ≤ T/2U ≤ 10).
• PPAP (Pre-Production Approval Process): Proceso de aprobación de la preproducción.

Mecanizado y Herramientas de Corte

Geometría de Corte

• Ángulo de Desprendimiento (α): Positivo o negativo. Viruta continua (10-40º, rozamiento), discontinua (materiales duros o frágiles, 0º-10º, menos rozamiento).
• Ángulo de Incidencia (γ): Positivo (5º-12º), evita el roce del talón de la herramienta con la pieza.
• Ángulo de la Herramienta (β): No debe ser muy pequeño.
• Ángulo de Cizallamiento (Φ): Afecta a la fuerza, potencia, espesor de la viruta y temperatura.

Fuerzas de Corte

• Fuerza sobre la Herramienta:
  • Fuerza de corte (Fc): Dirección de la velocidad de corte.
  • Fuerza específica de corte: Fuerza/área.
  • Coeficiente de fricción: μ = F/N.
• Fuerza de Empuje (Ft): Soporta deflexiones mínimas, positivas (hacia abajo) o negativas (hacia arriba).
• Fuerza sobre la Cara de la Herramienta: Fuerza de fricción (F) y fuerza normal (N).
• Fuerza en el Plano Cortante: Fuerza de cizallamiento (Fs) y fuerza normal (Fn).

β < α con grandes ángulos de desprendimiento, baja fricción en la interfaz herramienta-viruta, o ambos casos. La potencia de corte se disipa en la zona de cizallamiento y la cara de desprendimiento, y dependerá del rendimiento de la transmisión. En el corte oblicuo, la velocidad de corte no es perpendicular al filo, lo que mueve la viruta lateralmente. [Ft (tangencial, abajo), Fa (axial o de avance, paralela al eje), Fr (radial, perpendicular al eje) 4:2:1].

Tipos de Viruta

• Continua: Material dúctil, gran velocidad y ángulo de desprendimiento, zona de cizallamiento estrecha, buen acabado, indeseables para trabajo desatendido.
• Filo Recreciso: Cambia la geometría del filo de corte. Cuando crece el filo recrecido se vuelve inestable y puede romper, dando un mal acabado. Un filo recrecido delgado y estable es favorable porque reduce el desgaste del filo de la herramienta.
• Dentada o Segmentada: Metales con baja conductividad térmica y resistencia que disminuye rápidamente con la temperatura. Viruta semicontinua con grandes zonas de baja deformación cortante y pequeñas zonas de gran deformación cortante.
• Discontinua: Viruta fragmentada, materiales frágiles o con impurezas, velocidad de corte muy alta o muy baja, profundidad de corte elevada, ángulos de desprendimiento bajos, falta de rigidez del portaherramientas que genera vibraciones, falta de fluido de corte eficaz. Las fuerzas sobre la herramienta varían, afectando al acabado y la precisión dimensional.

Temperatura de Corte

Una temperatura de corte excesiva reduce la resistencia, dureza y rigidez, facilita el desgaste de la herramienta, produce cambios dimensionales, daños térmicos y cambios en la microestructura de la pieza. La temperatura máxima se da en la cara de desprendimiento. Las fuentes de calor son el trabajo de cizallamiento, la energía de fricción herramienta-viruta y el calor de fricción herramienta-superficie mecanizada.

Factores del Proceso de Corte

• Variables Independientes: Material y recubrimiento de la herramienta, forma, acabado y filo de la herramienta, material y condiciones de la pieza de trabajo, avance, velocidad y profundidad de corte, fluidos de corte, características de la máquina herramienta, sujeciones y soporte de la máquina de trabajo.
• Variables Dependientes: Tipo de viruta, fuerza y energía disipada, elevación de temperatura de la pieza, desgaste y rotura de la herramienta.

Tipos de Herramienta

• Enterizas: Un solo cuerpo, filos tallados en la herramienta, reafilables.
• De Plaquitas: Filo en plaquita que se monta en el cuerpo de la herramienta, desechables.

Características del Material de la Herramienta

• Dureza en Caliente: Evitar deformación plástica. Las cerámicas tienen alta dureza en caliente.
• Tenacidad y Resistencia al Impacto: Cargas variables pueden producir astillamiento o fractura en la herramienta.
• Resistencia al Impacto Térmico: Las cerámicas tienen mala resistencia. Deben soportar cambios bruscos de temperatura sin fractura.
• Resistencia al Desgaste: Vida útil antes del cambio.
• Estabilidad Química y Neutralidad.

Clasificación de los Materiales de Herramientas

• Aceros Rápidos (HSS): Buena resistencia al desgaste y baratos, ángulos de desprendimiento grandes. Tipos: al molibdeno (serie M), al tungsteno (serie T). Fabricación: forja, moldeo o sinterizado.
• Aleaciones de Cobalto Fundido.
• Carburos.
• Herramientas Recubiertas.
• Cerámicas Base Alúmina.
• Nitruro de Boro Cúbico.
• Cerámicos con Base Nitruro de Silicio.
• Diamante.
• Materiales Reforzados con Triquitas y Nanomateriales.