UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES COORDINACIÓN DE INGENIERÍA DE MATERIALES

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1 UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES COORDINACIÓN DE INGENIERÍA DE MATERIALES ACTUALIZACIÓN Y OPTIMIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE CALIDAD DE LA EMPRESA TORNILLOS VENEZOLANOS S.A.C.A TORVENCA Realizado por: Ricardo José Alvarez Uzcátegui PROYECTO DE GRADO Presentado ante la ilustre Universidad Simón Bolívar como Requisito Parcial para optar al Título de Ingeniero de Materiales Opción: Metalmecánica Sartenejas, Octubre 2004

2 UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES COORDINACIÓN DE INGENIERÍA DE MATERIALES ACTA FINAL DE PROYECTO DE GRADO ACTUALIZACIÓN Y OPTIMIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE CALIDAD DE LA EMPRESA TORNILLOS VENEZOLANOS S.A.C.A TORVENCA Presentado por: Ricardo José Alvarez Uzcátegui Este Proyecto ha sido examinado por el siguiente jurado: TUTOR: Prof. Minerva Dorta Almenara JURADO: Prof. Gustavo González Sartenejas, Octubre 2004

3 ACTUALIZACIÓN Y OPTIMIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL DE CALIDAD DE LA EMPRESA TORNILLOS VENEZOLANOS S.A.C.A TORVENCA Realizado por: Ricardo José Alvarez Uzcátegui. RESUMEN En los últimos años en la empresa Tornillos Venezolanos S.A.C.A TORVENCA, ha venido ocurriendo un incremento significativo en el rechazo interno del proceso a nivel de producto terminado, razón que motivó a la realización de éste proyecto, el cual tuvo como objetivo principal la identificación y evaluación de los problemas del aseguramiento de la calidad, durante el proceso de fabricación de elementos sujetadores, tales como, tornillos, pernos, tuercas y espárragos. Para lograr dicho objetivo, el proyecto se dividió en cuatro etapas principalmente. La primera etapa consistió en la recopilación, familiarización y revisión bibliográfica de los manuales de procedimientos, registros y reglamentos existentes en el sistema de aseguramiento de la calidad, además del conocimiento y manejo de las normas Europeas DIN y Americanas ANSI y ASTM, utilizadas para la fabricación de toda la tornillería convencional. Dicha etapa concluyó con la evaluación del conocimiento adquirido por parte del tutor industrial. En la segunda etapa se realizó la implementación de los formatos existentes para el control del producto en proceso y la elaboración de nuevos formatos, para las áreas productivas que así lo requirieran, considerando cada una de ellas como un sector independiente, el cual recibe materia prima, producto de un sector anterior en la línea de producción y entrega un producto procesado, que será la materia prima del sector siguiente. Este esquema se aplicó a todos y cada uno de los sectores involucrados en el proceso de manufactura. Como consecuencia de la retroalimentación obtenida en la segunda etapa, fue necesario desarrollar en paralelo la tercera, la cual consistió en la elaboración y dictado de cursos al personal seleccionado según el área de trabajo. Inicialmente, el curso de metrología con la función de asegurar el correcto manejo de instrumentos de medición y luego el curso de tratamientos térmicos a nivel introductorio (incluyendo el uso del durómetro). La cuarta etapa consistió en el procesamiento de la información obtenida a partir del uso de los formatos y la generación de gráficos estadísticos e índices de gestión de calidad para el proceso de producción, en donde se pudo observar una disminución en las cantidades de rechazos internos y reprocesos, lo que repercute en un aumento en la productividad de la empresa. ii

4 AGRADECIMIENTOS A mi familia por el apoyo que me brindaron durante todo el camino, tanto en los buenos como en los malos momentos. A mi novia Patricia por ser incondicional y estar conmigo siempre, no tengo palabras como agradecerte por toda tu ayuda. Al Lic. Ángel Fuget y al Sr. Norberto Elliot, por haberme permitido la entrada a su empresa para la realización de este trabajo. Al personal de Torvenca, en especial al Ing. Esteban Buljebich, que me guiaron y apoyaron durante la realización del proyecto. A los profesores de la Universidad Simón Bolívar, que hacen su mejor esfuerzo por mantener el nivel de excelencia de nuestra Universidad, a pesar de la decadencia general que vive el país. iii

5 INDICE GENERAL Página RESUMEN.....ii AGRADECIMIENTOS..iii INDICE DE FIGURAS...vi INDICE DE TABLAS...viii LISTA DE SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS. ix I.-INTRODUCCIÓN...1 II.-MARCO TEÓRICO Grupo TORDISCA-TORVENCA Antecedentes Definiciones y terminologías usadas en tornillería Proceso de fabricación Acabados superficiales manejados en Torvenca Tipos de elementos sujetadores más comunes fabricados por Torvenca Tornillería hexagonal Tornillería automotriz Tornillería para maquinaria pesada (sector agrícola y ferroviario) Espárragos petroleros Tornillería para carruaje Tornillería para madera Tornillos para estufa y metales Tornillería autoroscante Materias primas utilizadas por Torvenca, según su norma de fabricación, grado o calidad Datos técnicos de los elementos sujetadores de acero fabricados en Torvenca Interpretación y significado de los términos y marcas de calidad utilizadas en tornillería Ensayos e instrumentos utilizados en Torvenca para el aseguramiento de la calidad Ensayo de tracción..35 iv

6 Pruebas de dureza Análisis metalográfico Instrumentos de medición utilizados Conceptos acerca de calidad y control estadístico de procesos Ocho principios para crear una cultura de calidad Interpretación y aplicación de la norma ISO 9001: Control estadístico de procesos 43 III.-DESARROLLO DEL PROYECTO Familiarización, revisión y recopilación de información acerca del proceso de fabricación y el sistema de aseguramiento de la calidad Descripción del proceso de fabricación de elementos sujetadores Sistema de aseguramiento de la calidad Implementación y creación de los formatos para el control del producto en proceso Zona piloto de estampado en caliente Zona piloto de tratamientos térmicos Preparación y dictado de cursos Recopilación y procesamiento de la data obtenida Índices de rechazo y reprocesos obtenidos..87 IV.-CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES...90 V.-BIBLIOGRAFÍA...93 VI.-ANEXOS...94 v

7 Figura Nº INDICE DE FIGURAS Página Duración del proceso de decapado según concentración ácido clorhídrico Mecanismo para trefilado de barras y geometría de la matriz de trefilado Mecanismo para trefilado de rollos Laminación de rosca por rodillos Laminación de rosca por peines Machos para roscado de tuercas en máquinas automáticas Tornillería estándar hexagonal Tornillería estructural A-325 y A Tornillería hexagonal milimétrica Barras de acero Pipote con granalla Trefiladora de barras Enderezadora de barras Prensa mecánica con troquel para corte Sierras vaivén Punteadora Prensa excéntrica de 300 TN para espigado y estampado Horno de calentamiento con quemadores Prensa para estampado de tornillo Desbarbadora de tornillo Tornillo antes y después de desbarbado Roscadora por laminación a rodillo Roscadora a corte Producto pavonado Zona de tratamientos térmicos Lavadora industrial de tuercas, tornillos y espárragos Horno de bache para temple Horno de revenido Tanque de aceite soluble para pavonado...64 vi

8 Zona de galvanizado Pipotes para traslado de productos en proceso Zona de productos terminados Zona de empaque Rollo de alambrón Granalladora de alambrón Trefiladora de alambrón Máquina automática progresiva de remachado en frío Cortadora automática de tochos para tuerca Pipote de recolección de tochos en cortadora automática Horno de calentamiento por inducción para estampado de tuercas Prensa excéntrica de 250 Ton para estampado de tuercas en caliente Proceso de estampado de tuercas en caliente Herramientas para el estampado de tuercas en caliente Roscadoras automáticas de tuercas Roscadora semi-automática de 10 cabezales Roscadoras de tuercas manuales Enderezadora y cortadora de alambrón Máquina hidráulica para marcado de espárragos Máquina de tracción Durómetros Microscopio...80 vii

9 INDICE DE TABLAS Tabla Nº Página Tolerancias de ajuste para roscas Propiedades mecánicas de la tornillería estándar de acero Propiedades mecánicas de la tornillería milimétrica de acero Constantes y formulas para los gráficos de control...45 viii

10 LISTA DE SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS Significado de las siglas utilizadas en tornillería. - COVENIN, Comisión Venezolana de Normas Industriales - ASA, American Standard Association: Asociación Americana de Normalización. - ANSI, American National Standard Institute: Instituto Nacional de Normalización Americano. - SAE, Society of Automotive Engineers: Sociedad de Ingenieros Automotrices. - IFI, Industrial Fasteners Institute: Instituto de Elementos sujetadores Industriales. -.ASTM, American Society for Testing and Materials: Sociedad Americana para Ensayos y Materiales. - AISI, American Iron and Steel Institute: Instituto Americano de Hierro y Acero. -.ISO, International Standardization Organisation: Organización Internacional para la Estandarización. - DIN, Das Ist Norm: Esto es Norma. -.UNC, Unified National Coarse: Rosca gruesa unificada nacional americana o rosca estándar gruesa. - UNF, Unified National fine: Rosca fina unificada nacional americana o rosca estándar fina. - MA, Rosca Métrica Gruesa. - MB, Rosca Métrica Fina. - UN, Unified National Americana: Rosca unificada nacional americana o rosca intermedia. - BSW, British Standard Whitworth: Rosca Británica estándar. ix

11 1 I.-INTRODUCCIÓN Tornillos Venezolanos S.A.C.A TORVENCA, fundada en el año 1958 como empresa pilar del Grupo TORDISCA-TORVENCA y ubicada en la Zona industrial Soco, Final Calle las Industrias, Galpón TORVENCA, La Victoria, Estado Aragua, es la empresa pionera de la tornillería en Venezuela y una de las mayores de Latinoamérica en su tipo. La industria de tornillos, tuercas, espárragos, remaches, arandelas y artículos similares, es considerada en el mundo entero como una industria básica, ya que sin ella no puede ningún país alcanzar la industrialización, pues se trata de un producto que puede utilizarse para unir dos o más materiales homogéneos como aceros, plásticos, maderas, etc. Sin duda alguna, todos los artefactos domésticos e industriales están ensamblados de forma tal que requieren la presencia de algún elemento sujetador. A lo largo de todos estos años de operación, TORVENCA ha pasado por momentos de crecimiento y esplendor, así como también por momentos difíciles, que han servido para reflexionar, aprender y hacer más eficiente el manejo de los recursos existentes dentro de la organización, logrando siempre mantener sus puertas abiertas a pesar de las dificultades. En los actuales momentos, la empresa se encuentra totalmente solvente y en proceso de expansión, buscando en el corto plazo poder satisfacer a plenitud las necesidades del mercado nacional y proyectándose en el mediano plazo hacia el mercado internacional, subiendo sus niveles de productividad, para poder competir en el difícil sector de la tornillería mundial. TORVENCA esta en capacidad de fabricar gran variedad de elementos sujetadores, siendo sus principales productos, tornillos, tuercas y espárragos. También presta servicio externo de granallado, trefilado, tratamiento térmico y galvanizado en caliente, para lo cual la fábrica se divide en 3 sub-fábricas: ALAMBENCA o Alambres Venezolanos C.A, que se dedica al granallado, trefilado, recocido, y calibración de barras y alambrón. TRATERVENCA o Tratamientos Térmicos Venezolanos C.A, que se dedica a dar tratamientos térmicos y superficiales, tales como, temple, revenido, carburado, pavonado y galvanizado en caliente. TORPETROL o Torvenca Petrolera C.A, que se dedica a la manufactura de espárragos y tuercas petroleras, básicamente de diámetros superiores a ½ pulgada. La política de calidad de TORVENCA es tener una organización comprometida con el mejoramiento continuo y la búsqueda de la excelencia en recursos, procesos y productos, para

12 2 satisfacer constantemente y a plenitud los requerimientos de sus clientes internos y externos. En donde los objetivos de la calidad son: 1. Ser una empresa competitiva, rentable y eficaz, mediante el uso adecuado de sus recursos y el mejoramiento continuo de sus procesos. 2. Desarrollar relaciones de negocios sólidas con clientes y proveedores, garantizando productos de calidad. 3. Tener un equipo humano motivado, mediante un proceso continuo de capacitación que permita un excelente desempeño, garantizando su crecimiento personal y profesional dentro de la organización. 4. Prestar un servicio de calidad, que satisfaga los requerimientos de nuestros clientes, mediante respuestas rápidas y acertadas, de acuerdo a los cambios del mercado y sus necesidades. La empresa se encuentra estructurada por: una Junta Directiva, un Presidente Ejecutivo, un Presidente de la Junta Directiva, una Dirección General Industrial, un Representante de la Dirección General, un Gerente Coordinador de Plantas Industriales, los Departamentos de Programación y Control de la Producción, Aseguramiento de la Calidad, Sala Técnica o Ingeniería, Mantenimiento y Compras, además de los Supervisores de planta y operadores. El proyecto se realizó directamente con la Gerencia Coordinadora de Plantas Industriales y el Departamento de Aseguramiento de la Calidad, teniendo el apoyo de todos los demás departamentos operativos y del Representante de la Dirección General, el cual a su vez promovió y aceleró todos los asuntos relacionados con el proyecto. La posición del pasante dentro de la empresa, fue en calidad de Asistente Ingeniero al Gerente Coordinador de Plantas Industriales, desempeñando las funciones de identificación y evaluación de los problemas del Aseguramiento de la Calidad, durante el proceso de fabricación, en búsqueda de una reducción en el rechazo interno de productos y reprocesos, mejorando así la productividad de la empresa. El trabajo comenzó con una inducción al pasante por parte de la empresa en cada uno de los sectores productivos de la fábrica. Comenzando en el Departamento de Operaciones, en la recepción y preparación de la materia prima, luego a las primeras áreas de proceso de manufactura, como son el corte, punteado y marcado (dependiendo del producto a desarrollar), posteriormente a las zonas de espigado, estampado en caliente, y desbarbado, luego al roscado (ya sea a rodillos, a peines, a corte o con machos de roscar) y terminando con el sector de

13 3 tratamientos térmicos y superficiales, según las exigencias de calidad y de recubrimiento del producto procesado. Posteriormente, se continuó la inducción en el Departamento de Aseguramiento de la Calidad, incluyendo el uso del laboratorio, el cual cuenta con todos los equipos necesarios para el adecuado chequeo de los productos fabricados, así como, durómetros, máquina para ensayos de tracción, equipo para preparaciones metalográficas, un microscopio óptico, entre otros. Culminando con los Departamentos de Mantenimiento, Sala técnica, Compras, Programación y Control de Documentos. Una vez concluida la fase de inducción, se procedió a la recopilación y revisión de todos los manuales, planes y procedimientos existentes para el Aseguramiento de la Calidad, así como la familiarización con las normas utilizadas en la fabricación de la tornillería convencional, siendo las más usadas, las Americanas ANSI y ASTM y las Europeas DIN. Se encontró, que los manuales de la empresa contienen casi toda la información requerida para sustentar un óptimo sistema de Aseguramiento de la Calidad, siendo necesario únicamente agregar al manual los formatos y procedimientos para el control del producto en proceso en las áreas de Alambenca y Tratervenca y poner en práctica los lineamientos presentes en dichos manuales. Es importante destacar, que debido a problemas financieros que tuvo que vivir la empresa pocos años atrás, fue necesario reducir gastos, llevando los departamentos a su mínima expresión, para lograr sobrevivir a la terrible crisis que amenazó con cerrar las operaciones, lo que causó que se abandonaran todos los planes y procedimientos de Aseguramiento de la Calidad y se concentraran los esfuerzos solamente en producción, conformándose con la evaluación del producto terminado. Este esquema de administración con criterios de crisis o escasez se mantuvo en la compañía, a pesar de haber superado la crisis, hasta finales del año 2003, en donde la tendencia al crecimiento y el aumento de la producción hace necesario la implementación nuevamente de sistemas de Control y Aseguramiento de la Calidad adecuados, para poder mejorar la productividad, reduciendo los rechazos internos y reprocesos, que al final de cuentas son costos adicionales indeseables en el proceso de manufactura. La implementación y llenado de los formatos de control del producto en proceso, trajo como consecuencia la necesidad de adquirir nuevos instrumentos de medición, como calibradores y cintas métricas, así como también carpetas duras y bolígrafos, además de la reparación del durómetro y el reloj colocado en la zona de Tratervenca. Para lo anterior, se realizó la requisición de materiales y equipos al Departamento de Compras, el cual procedió con la obtención y

14 4 reparación de los mismos. De manera simultánea se coordinó con el Departamento de Aseguramiento de la Calidad y de Operaciones, el comienzo del uso de dichos formatos, estableciendo como áreas piloto de pruebas, el sector de estampado de tornillos y tuercas en caliente y el sector de tratamientos térmicos, considerados como los puntos más frágiles, causantes de la mayoría de los rechazos internos en el proceso. Se dictaron charlas al personal involucrado con las áreas de prueba seleccionadas, sobre el correcto llenado de los formatos, el procedimiento y la frecuencia a seguir, en donde al final de las mismas se realizó un simulacro del esquema previsto. Como resultado de dichas charlas, se pudo detectar, que gran parte del personal operador de máquina (personal obrero) del estampado en caliente, no manejaba con precisión los instrumentos de medición y que el personal correspondiente al sector de tratamientos térmicos, desconocía casi totalmente los conceptos más básicos de dicho proceso, ya que operaban bajo ordenes verbales directas y no siempre correctas sobre los parámetros a seguir por parte del supervisor del área, además de no saber manejar el durómetro. Por lo anterior, se necesitó con urgencia y en paralelo la elaboración y dictado de cursos de metrología y tratamientos térmicos, para poder garantizar, la correcta implementación del procedimiento. Una vez cubiertas las expectativas acerca de la preparación del personal, para el manejo y llenado de los formatos, se procedió con la implementación de los mismos, encontrando al comienzo cierta resistencia por parte de algunos sectores del personal obrero, en torno al tiempo que supuestamente éstos perdían al llenar los formatos, pero logrando con el transcurso de los días superar las dificultades y llevar a cabo satisfactoriamente el objetivo propuesto, para las zonas piloto o de pruebas seleccionadas con anterioridad. Simultáneamente a la aplicación de los formatos de control del producto en proceso, se comenzó a recopilar y procesar la información obtenida de los mismos, observándose luego de dos semanas, una disminución sustancial en el rechazo interno y reprocesos de productos (principalmente en el sector de tratamientos térmicos), llevándolo desde un 4% hasta un 1.5 %. Otro aporte importante del trabajo realizado en la empresa, consistió en que conjuntamente con el Departamento de Sala Técnica y utilizando la data obtenida del proceso, se procedió a revisar los tiempos de vida útil y momentos de cambio de las herramientas, para la segunda (estampado) y tercera operación (perforado) del conformado de tuercas en caliente. Lo que provocará una mejora en la calidad del producto obtenido en este sector y alargará la vida de

15 5 las herramientas de roscado (machos de roscado) del sector que le sigue en la línea de producción, ya que se garantizará que la mayoría de las tuercas procesadas tengan el diámetro del agujero adecuado y no uno más pequeño, debido al desgaste de las herramientas del sector anterior.

16 6 II.-MARCO TEORICO 2.1.-Grupo TORDISCA-TORVENCA. El Grupo TORDISCA-TORVENCA, consiste en un grupo de empresas destinadas a la fabricación y comercialización de elementos sujetadores o tornillería en general, siendo sus principales clientes, la Industria Petrolera, Siderurgia, Cementera y del Aluminio a nivel nacional. El Grupo TORDISCA-TORVENCA, esta conformado por varias empresas, especializadas en diferentes sectores tanto de manufactura, comercialización y servicios, cumpliendo cada una de ellas con una función específica, como se menciona a continuación: TORDISCA: Distribuidoras TORVENCA SACA, empresa encargada de la distribución y comercialización de elementos sujetadores, tanto nacionales como importados, por todo el territorio nacional, contando con distribuidoras en todas las regiones del país. Cuenta con sus depósitos principales en La Victoria, frente al Galpón Torvenca. Tonillos Venezolanos, TORVENCA S.A.C.A: empresa especializada en la fabricación de tornillos y tuercas de uso general, en diferentes grados y calidades, tanto en norma Americana como Europea, con líneas de producción tanto en frío como en caliente. Se encuentra ubicada en la zona industrial Soco, final calle Las Industrias, Galpón Torvenca, La Victoria, Estado Aragua. TORPETROL, Torvenca Petrolera C.A: empresa especializada en la fabricación de elementos de sujeción para la industria petrolera, principalmente espárragos B7 y tuercas pesadas 2H, con sede en el Galpón Torvenca. TRATERVENCA, Tratamientos Térmicos Venezolanos C.A: empresa dedicada a realizar tratamientos térmicos y superficiales, tales como temple, revenido, recocido, pavonado y carburado, en aceros al carbono y aleados, con sede en el Galpón Torvenca. Teniendo como principales clientes las empresas del Grupo, pero realizando también servicios para clientes externos. ALAMBENCA, Alambres Venezolanos C.A: empresa especializada en granallado y calibrado de barras y rollos de acero al carbono y aleado, con sede en el Galpón Torvenca. Teniendo como principales clientes las empresas del Grupo, pero realizando también servicios para clientes externos.

17 7 SERVIVENCA, Servicios Venezolanos C.A: empresa dedicada a la prestación de servicios administrativos, tales como recursos humanos, contabilidad, entre otros, a las empresas del Grupo TORDISCA-TORVENCA, teniendo sus oficinas en el Galpón Torvenca [1] Antecedentes. La parte fabril del grupo TORDISCA-TORVENCA, encabezada por Torvenca S.A.C.A y todas las empresas que la integran, han pasado tanto por momentos muy exitosos como por momentos de aguda crisis financiera. En años recientes, anteriores al 2003, se vivió uno de los peores tiempos, en los cuales fue necesario reducir gastos, llevando las empresas y sus departamentos a la mínima expresión, con la menor cantidad de personal posible y sueldos muy bajos, además de frenar la compra de insumos, adquiriendo únicamente los indispensables, para lograr sobrevivir a la terrible crisis que amenazó con cerrar las operaciones. Lo mencionado anteriormente, causó que se abandonaran todos los planes y procedimientos de Aseguramiento de la Calidad y se concentraran los esfuerzos solamente en producción con el mínimo costo, conformándose con la evaluación del producto terminado. Además se produjo un éxodo de la empresa, de mucho del personal calificado, dejando un vacío que no se pudo llenar con las políticas de sueldos y salarios, por lo que se contrató mano de obra no calificada para cargos relevantes en la organización. Este esquema de administración con criterios de crisis o escasez, se mantuvo en la compañía a pesar de haber superado la crisis, hasta finales del año 2003, en donde la tendencia al crecimiento y el aumento de la producción, hace necesario la implementación nuevamente de sistemas de Control y Aseguramiento de la Calidad adecuados (estando consciente de lo difícil que es romper la inercia de años realizando las cosas de una manera diferente), para poder mejorar la productividad, reduciendo los rechazos internos y reprocesos, que al final de cuentas son costos adicionales indeseables en el proceso de manufactura. Para el último trimestre del año 2003, la empresa estaba manejando índices de rechazos y reprocesos del orden de 4% del producto terminado, para una producción de kilogramos por mes, lo que representaba 1400 kilogramos de productos defectuosos, que tenían que ser retrabajados, en el caso que el defecto presentado se pudiera corregir, para hacerlos cumplir con las tolerancias de fabricación exigidas por la norma de su diseño. La cifra anteriormente mostrada, representaba pérdidas de más de 10 millones de bolívares mensuales para la empresa, sin tomar en cuenta los efectos colaterales, tales como, retrasos e incumplimientos con los

18 8 tiempos de entrega de productos a los clientes y entorpecimiento de las líneas de producción, ya que el producto rechazado debía ser reinsertado para su reparación. Del 4% de rechazo (1400 Kg), el 60% (840 Kg) se debía a la zona de tratamientos térmicos, el 20% (280 Kg) a la zona de estampado en caliente, el 8 % (112 Kg) a la zona de roscado, el 6% (84 Kg) a la zona de corte y 6% (84 Kg) a otros varios, logrando identificar la procedencia de la falla, por el tipo de defecto presentado en el producto, que de no ser corregido a tiempo, es arrastrado durante las etapas posteriores, hasta llegar al producto terminado [2] Definiciones y terminologías usadas en tornillería. Tornillos. Un tornillo es un dispositivo o elemento de fijación mecánico, roscado externamente, que tiene la capacidad de insertarse en agujeros pasantes de piezas, previamente roscadas o formando su propia rosca. La función del tornillo sólo o en conjunto con la tuerca, es de sujetar las piezas a unir y con su tensión remanente mantenerlas apretadas. Esta formado principalmente, por una cabeza con arandela, un cuerpo y una zona roscada. Usualmente se llama indistintamente tornillo o perno, a este tipo de elementos sujetadores, pero existen diferencias, el perno no lleva arandela debajo de su cabeza y su tolerancia de diámetro del cuerpo es ligeramente diferente, aunque comercialmente se manejen sin tener en cuenta estas consideraciones. Tuerca. Una tuerca es un elemento de fijación mecánico, roscado internamente, que sirve para el ajuste de piezas roscadas externamente, para unir láminas o piezas con agujeros pasantes. Espárrago. Un espárrago es una varilla roscada totalmente o parcialmente en ambos extremos. En su empleo normal, atraviesa un agujero pasante liso de una de las piezas y se atornilla permanentemente dentro de un agujero aterrajado o roscado con macho de la otra o una tuerca. El espárrago se emplea cuando los pernos pasantes no son adecuados para piezas que tengan que ser removidas con frecuencia, como culatas de cilindros y tapas de cajas de distribución. Un extremo se atornilla fuertemente en un agujero aterrajado o tuerca y la parte que queda saliente del espárrago guía a la pieza desmontable hasta su posición. Al extremo que ha de atornillarse se llama extremo de la tuerca y en algunos casos se identifica redondeándolo en vez de biselarlo. Los hilos deben acuñarse o enclavarse en la parte superior del agujero para impedir que gire y salga el espárrago cuando se quita la tuerca. El ajuste de la rosca entre el espárrago y el agujero

19 9 aterrajado debe ser medio 2A o apretado 3A. La longitud de rosca en el extremo de la tuerca deberá ser tal que no haya peligro de que quede apretada la tuerca antes de que se junten las piezas a unir. Grado. Es la terminología utilizada para identificar y clasificar las propiedades mecánicas de los elementos sujetadores, realizados en pulgadas, bajo normas americanas. Calidad. Es la terminología utilizada para identificar y clasificar las propiedades mecánicas de los elementos sujetadores, realizados en milímetros, bajo normas Europeas. Diámetro nominal. El diámetro nominal, esta representado numéricamente y es el que se utiliza comercialmente para la identificación de la tornillería (tornillos, tuercas, espárragos, entre otros). Longitud nominal del tornillo. Es la distancia nominal, medida desde la superficie inferior de la cabeza hasta el extremo roscado del tornillo, en el caso de tornillería de cabeza sobre relieve. Para la tornillería en la cual la cabeza queda oculta en la superficie de acople, se mide la longitud desde la parte superior de la cabeza hasta el extremo roscado. Cabeza. Es la forma limitada dimensionalmente, llevada a efecto en el extremo contrario a la sección roscada del tornillo, que cumple la función de proveer una superficie de apoyo y permite el acople con la herramienta. Entrecara de la cabeza del tornillo y de la tuerca. Es la distancia medida perpendicularmente al eje del tornillo o tuerca, a través de dos caras planas opuestas. Entrearísta de la cabeza del tornillo o de la tuerca. Es la distancia medida perpendicularmente al eje del tornillo o de la tuerca, desde la intersección de dos vértices opuestos, distanciados 180º. Altura de la cabeza del tornillo o de la tuerca. Es la distancia comprendida desde la parte superior de la cabeza o tope de la tuerca, hasta la superficie de contacto o apoyo, medida paralelamente al eje del tornillo o de la tuerca.

20 10 Chaflán de la cabeza o punta del tornillo y de la tuerca. Es el ángulo o redondeado del bisel, formado tanto en la parte superior de la cabeza como en la punta de la sección roscada del tornillo y en la parte superior de la tuerca entre los extremos verticales y horizontales de las puntas, siendo usualmente de 30º. Tope del tornillo o de la tuerca. Es la superficie superior de la cabeza del tornillo o de la tuerca, opuesta a la superficie de apoyo. Superficie de apoyo de la cabeza del tornillo o de la tuerca. Es el área en donde va a quedar asentado el tornillo o la tuerca con la pieza a sujetar. Arandela estampada del tornillo o tuerca. Es una zona circular en relieve, estampada en la superficie de contacto o apoyo de la cabeza del tornillo o de la tuerca. Empalme. Es el punto de unión entre la cabeza y el cuerpo del tornillo. Radio de empalme. Es el radio que origina la curvatura de unión entre el cuerpo y la cabeza del tornillo. Marcado o marcaje. Es la identificación que lleva grabada el tornillo o tuerca, en su parte superior y que debe contener la marca del fabricante y el grado o calidad de la pieza. Concentricidad de la cabeza del tornillo y de la tuerca. Debe ser concéntrico, el eje de la cabeza con el eje del cuerpo del tornillo y el diámetro de roscado con el eje de la tuerca. Vástago. Es la porción comprendida entre la superficie de apoyo de la cabeza y el extremo del tornillo y en tornillería convencional es equivalente a la longitud nominal del tornillo. Cuerpo. Es la porción no roscada del tornillo. Cuello. Es la sección entre la superficie inferior de la cabeza y el cuerpo del tornillo.

21 11 Avellanado del tornillo o de la tuerca. Es la porción de la cabeza rebajada cónicamente o la porción ensanchada en los extremos del agujero de la tuerca. Punta. Es el extremo opuesto a la cabeza del tornillo o donde comienza la rosca en espárragos, barras, varillas, etc. Rosca. Es una serie de filetes y lomos (crestas y raíces) helicoidales de sección uniforme, formados en la superficie de un cilindro, barra, varilla, tuerca o sobre una superficie cónica. Rosca externa. Es una serie de filetes formados en el vástago de un elemento sujetador, tal como tornillos, espárragos, barras roscadas, entre otros. Rosca interna. Son los filetes de rosca formados en las paredes internas de agujeros, tales como tuercas, planchas, entre otros, utilizados para acoplar con roscas externas. Cresta. Es la cumbre de la rosca o la parte más alta del filete. Raíz. Es el fondo de la rosca o base del filete. Flancos. Son las superficies que unen las crestas con las raíces. Filete de rosca. Es en hilo formado por lomo, cresta y raíz, en forma de espiral, del cual esta constituida la rosca de los tornillos, pernos, espárragos, tuercas, etc. Paso de rosca. Es la porción de filete completo de rosca, medida paralelo al eje del elemento sujetador. Hilos por pulgada. Es la cantidad de filetes completos de la rosca, comprendidos en la distancia de una pulgada [3].

22 12 Series de roscas más comunes utilizadas en Torvenca: Las series de las roscas, son grupos o combinaciones, de diámetros y pasos en las milimétricas o de diámetros y hilos por pulgada en las americanas. Por ejemplo, la designación ½ -13, 2A, indica una rosca estándar externa, de media pulgada de diámetro, de 13 hilos por pulgada en cada sección roscada y ajuste medio; por su parte la medida M8 x 1.25, 7H, indica una rosca milimétrica interna, de 8 milímetros de diámetro, de 1.25 de paso y ajuste cerrado. Serie de rosca gruesa. Esta serie UNC, con filetes a 60º, es generalmente la más usada en la fabricación de tornillería estándar, de uso en ingeniería a nivel mundial. Usualmente se utiliza, para la aplicación en materiales de baja resistencia, tales como fundiciones, hierros dulces, bronce, latón, aluminio y plástico, para obtener una óptima resistencia en el roscado interno. Es también empleada para rápidos ensamblajes y desensamblajes, o cuando el daño por corrosión es altamente posible. Serie de rosca fina. Esta serie UNF, con filetes a 60º, es apropiada para la producción de tornillería en donde el roscado grueso no es aplicable. El roscado externo de esta serie, tiene mayor área de esfuerzo, en comparación con la rosca gruesa, teniendo una mayor resistencia al desgarre, siendo muy aconsejable, cuando la longitud de agarre o acople roscado es corta. Serie de rosca UN. Esta serie de paso uniforme, 8 hilos por pulgada por encima e incluyendo 25.4 mm (1 ) y 12 hilos por pulgada por debajo de 25.4 mm (1 ), teniendo filetes a 60º, es especialmente utilizada en diámetros grandes, para tornillos y tuercas, empleados en dispositivos o juntas, con servicio a alta temperatura y presión, como es el caso de la industria petrolera y petroquímica. Serie de rosca milimétrica con paso grueso, MA. Esta serie de rosca milimétrica de paso grueso, con filetes a 60º, es la más utilizada en toda la tornillería milimétrica convencional, cuando se quieren ensambles fáciles, rápidos y se cuenta con suficiente profundidad de sección para roscar. Serie de rosca milimétrica con paso fino, MB. Esta serie de rosca milimétrica de paso fino, con filetes a 60º, es especialmente utilizada, cuando se tiene poca profundidad para roscado en la rosca interna del montaje o se requiere un mayor agarre entre el tornillo y el elemento de rosca interna a acoplar, ya que al ser mayor el paso, estarán en contacto un mayor número de filetes en la unión roscada.

23 13 Serie Whitworth. La serie de rosca Británica estándar Whitworth, con filetes a 55º, es fabricada únicamente, cuando el cliente requiera un acople con una rosca interna o externa que presente este tipo de rosca, de lo contrario, no se utiliza. Clases de ajustes para roscas estándar. En la tabla 2.1, mostrada a continuación, se puede observar las clases de ajustes para elementos roscados, según la holgura requerida entre la rosca externa e interna que se tenga que acoplar y que deben ir siempre especificados, luego del paso o hilos por pulgadas, según sea el caso: Tabla Nº 2.1: Tolerancias de ajuste para roscas. Clases de ajuste Sistema Americano (pulg) Sistema Métrico (mm) Rosca externa Rosca interna Rosca externa Rosca interna Holgado 1A 1B 4h 5H Medio 2A 2B 6g 6H Cerrado 3A 3B 8g 7H Longitud de rosca. Es la distancia medida paralela al eje del elemento sujetador, desde el extremo de la punta hasta el último filete completo de la rosca. Longitud total. Es la distancia medida paralela al eje del tornillo, desde la superficie de apoyo de la cabeza, hasta el extremo de la punta; para el caso de espárragos, barras y los productos sin cabeza saliente, es la distancia entre un extremo y otro. Barras bonificadas. Son barras de acero, que se venden en el mercado con tratamiento térmico, poseen una elevada tenacidad con una dureza moderada. Se obtienen templando el material y dándole luego, un revenido alto con un enfriamiento más o menos rápido [4]. Barra laminada o negra. Es la barra de acero al carbono o aleado en su estado de entrega, por parte de la siderúrgica, sin ningún proceso previo que no sea el de su elaboración. Este tipo de barra es

24 14 utilizada directamente en el estado en el que se encuentra, para el proceso de fabricación de tuercas en caliente. Barra trefilada o calibrada. Es la de barra de acero al carbono o aleado que tiene ya un proceso previo de granallado y trefilado, por lo que se encuentra a diámetro de entrada de máquina en el proceso de fabricación de elementos sujetadores excepto tuercas. Según la disponibilidad de material en inventario, de la existencia de material en el mercado y de razones de costo, se puede adquirir este tipo de barra ya calibrada externamente para entrada a proceso, sin tener que ser trefilada en la empresa a partir de barras laminadas. Alambrón laminado. Consiste en rollos de alambre en estado de entrega, por parte de la siderúrgica, utilizados para el proceso de remachado en frío, el cual debe pasar por varios procesos, antes de estar listo para entrada a máquina. Alambrón calibrado. Consiste en rollos de alambre de acero al carbono o aleado, el cual se encuentra ya trefilado y listo para entrada a las remachadoras en frío en el caso de aceros SAE 1010, 1018, 1020 y 1022, pero en el caso de aceros SAE 1038, 1541, 1045, 4140 y 8640 se debe realizar un recocido de globulización, para que el material tenga la ductilidad necesaria para su procesamiento. Corrida. Una corrida se define como un grupo de elementos, colocados uno detrás del otro, de manera consecutiva y en grandes cantidades. Descarburación. La descarburación de un acero, consiste en la perdida de carbono a nivel superficial, originando un empobrecimiento de la matriz ferrosa, lo que podría causar daños tan importantes como la incapacidad de agarrar temple en las zonas descarburadas. Este fenómeno se produce de manera acelerada, a temperaturas superiores a 700 ºC, por reacción del carbono presente en la superficie del acero con el oxígeno, el vapor de agua y el dióxido de carbono, usualmente presentes en los hornos de calentamiento por combustión. Para contrarrestar este fenómeno, principalmente se utilizan hornos con atmósfera controlada, entre otros métodos, dependiendo de las características de la pieza [5].

25 Proceso de fabricación. Decapado químico. Es el método más conocido para eliminar carcarilla, óxido y sucio en general, mediante el uso de ácidos. Los medios de ataque para aceros al carbono más comúnmente empleados, son el ácido clorhídrico y el ácido sulfúrico, para casos especiales como aceros aleados se utiliza el ácido nítrico y el ácido fosfórico, siendo el factor costo el que determine cual de estos emplear. Figura Nº 2.1: Duración del proceso de decapado según concentración ácido clorhídrico. La duración del decapado viene influida en gran medida por el contenido de ácido en el baño, como se pudo observar en la figura 2.1, para el ácido clorhídrico. Al atacar con ácido clorhídrico, la concentración casi siempre utilizada es de 10 a 20%, mientras que con ácido sulfúrico de 10 a 15%. La eficacia del líquido de ataque, también es afectada por la temperatura del baño, por ejemplo, el ácido clorhídrico se utiliza a temperatura ambiente, pero el sulfúrico debe tener entre 50 y 80 ºC. En este proceso, es muy importante tener un sistema de seguridad para la manipulación y eliminación de los desechos tóxicos, ya que se utilizan ácidos que deben ser manejados con extremo cuidado [5]. Granallado. Es un proceso de decapado o limpieza mecánica, aplicado sobre la superficie de barras y rollos, mediante el impacto producido por el bombardeo a alta presión, de esferas de acero pequeñas o granallas a través de turbinas, que eliminan de la superficie del metal todo vestigio de cascarilla, óxido y polvo [3].

26 16 Encalado. Este proceso se utiliza para materiales que van a ser trabajados en frío, luego del granallado o del decapado. Consiste en sumergir al material en grandes tinas que contienen una solución de cal, usualmente al 8 % en peso de cal, para luego de secarse, dejar en la superficie del material una fina película de cal, que lo protegerá de la oxidación y beneficiará su comportamiento durante los procesos de reducción posteriores [4]. Trefilado de barras. El proceso de trefilado de barras, consiste en hacer pasar una barra de acero a través de una matriz, llamada trefila, la cual posee una reducción de espesor, mediante la aplicación de una fuerza tensil aplicada por uno de los lados, en otras palabras, el material es halado por uno de sus extremos, para hacerlo pasar por un agujero que posee una reducción y forma determinado, usualmente circular, como se puede ver en la figura 2.2 [6]. Figura Nº 2.2: Mecanismo para trefilado de barras y geometría de la matriz de trefilado. En el trefilado de rollos, se aplica un principio similar al del trefilado de barras, con la diferencia que el material sufre un proceso de desenrollado antes de pasar por la trefila, para ser nuevamente enrollado luego de haber sido trefilado, como se puede ver en la figura 2.3. Figura Nº 2.3: Mecanismo para trefilado de rollos.

27 17 En tornillería, el proceso de trefilado se utiliza principalmente para calibrar el material, hasta llevarlo al diámetro necesario de entrada a máquina, además de obtener una superficie lisa, libre de defectos. Recocido para remachado en frío o globular. En aceros al carbono y aleados de medio contenido de carbono, que vayan a ser remachados en frío, es necesario realizar un recocido globular, buscando obtener la ductilidad necesaria en el material, para soportar la gran deformación que va a sufrir durante el proceso de fabricación y evitar problemas, tanto en las piezas fabricadas como en las herramientas de remachado [4]. La condición más suave y dúctil, en la que se puede encontrar un acero en relación a su microestructura, consiste en tener partículas de cementita esferoidal uniformemente dispersas en la matriz ferrítica. La estructura esferoidal, es también la más estable encontrada en aceros y se formará siempre que se le de la temperatura y el tiempo necesario, para que el mecanismo dependiente de la difusión, permita que los carburos de forma laminar se transformen en partículas esféricas [7]. Este proceso se puede realizar de diferentes maneras, con distintos rangos de temperatura y etapas según el tiempo que se necesite emplear. La manera más lenta de conseguirla, es a partir de estructura perlítica gruesa, con temperaturas entre A c1 y A c3, lo que podría demorar cientos de horas, luego si se realiza de una estructura inicial de bainita o de martensita, en el mismo rango de temperatura, será más rápido, pero aún muy lento para procesos industriales. Por lo anteriormente mencionado, se debe llevar el material a una temperatura sobre A c3, para tener austenización y luego ir enfriando lentamente de manera escalonada, lo que podría demorar entre 10 y 12 horas, en hornos con atmósfera controlada, para evitar descarburación en el acero [7]. Punteado. Esta operación mecánica por arranque de viruta, consiste en hacer unos chaflanes, usualmente a 30º, en el extremo de la punta que debe ser roscada por laminación, de modo que facilite la entrada de la rosca y que al mismo tiempo, proteja el perfil de los hilos tallados en los rodillos o peines para laminación de rosca [4].

28 18 Marcado de la punta. Este proceso, se utiliza en el caso de los espárragos, en donde se marca uno de los extremos con el grado o calidad y el sello del fabricante. Se realiza mediante gatos hidráulicos, que empujan contra la pieza, una herramienta que posee la marca que se quiere imprimir [3]. Espigado. El espigado es un proceso de extrusión en frío, mediante el cual, se hace pasar el material por una matriz de reducción, debido a la aplicación de presión, ya sea con prensas mecánicas o hidráulicas. En tornillería, este proceso es usado para dar la reducción de diámetro, a la zona que será roscada por laminación, en tornillos o remaches que lleven rosca parcial [8]. Estampado en caliente y remachado en frío. Al trabajar materiales para darles forma, se deben tener muchas consideraciones, entre las cuales esta la temperatura de trabajo de la pieza. Cuando la deformación se realiza a temperatura ambiente, por debajo de la temperatura de recristalización, se habla de remachado en frío, mientras que cuando se trabaja por encima de la temperatura de recristalización, se habla de estampado en caliente. La temperatura de recristalización para un material determinado, va a depender del material y de la cantidad de deformación que presente, pero se puede manejar un valor experimental, alrededor de un medio de la temperatura de fusión. Cuando se forma un metal en caliente, su resistencia se conserva prácticamente constante durante el proceso, ya que el material va recristalizando a medida que es deformado, por lo que se pueden trabajar piezas de gran tamaño y formas complicadas, con un esfuerzo relativamente pequeño, en comparación con el formado en frío, en donde el material va aumentando su resistencia, a medida que es deformado, pudiendo llegar a fracturarse. Las ventajas de trabajar en frío, son el ahorro de combustible o energía para calentar, el obtener una superficie pulida y limpia, dimensiones mucho más precisas y la velocidad de la maquinaría, que usualmente es más rápida. Por otra parte, cuando se trabaja con grandes deformaciones y piezas de tamaño considerable, es necesario trabajar en caliente, ya que se necesitaría una maquinaria de una capacidad extraordinaria o simplemente el material no resistiría la deformación que se le imprima en el proceso y se fracturaría. El proceso de estampado en caliente, consiste en calentar el material previamente cortado a dimensiones preestablecidas y forjarlo en prensas de gran tonelaje, mediante el uso de matrices y martillos, que presenten la forma que se quiera obtener. Por su parte el remachado en frío, es el

29 19 proceso mediante el cual, se somete al alambre o alambrón a una deformación plástica en frío, aplicada mediante la utilización de martillos y matrices, usualmente en tres, cuatro o cinco etapas, para la formación de una cabeza de tornillo o remache y para la fabricación de tuercas. Este proceso es realizado en máquinas denominadas remachadoras [5]. Desbarbado. Para la fabricación de tornillos con cualquier cabeza, se realiza el proceso de desbarbado, que consiste en eliminar por medio de una matriz y un martillo, el material sobrante o rebaba producto del estampado o remachado, terminando así la forma deseada de cabeza en el tornillo [3]. Roscado por laminación. El proceso de roscado por laminación, consiste en la conformación de una rosca por deformación plástica, en donde el aplicar una presión a través de un rodillo o peine, el material sufre un corrimiento para llenar los espacios vacíos entre cada hilo de rosca. Se pueden utilizar máquinas roscadoras especiales o un torno automático que presente un dispositivo porta rodillo laminador. Es importante mencionar que los rodillos y peines para laminación, vienen con la forma de la rosca a realizar grabada en su superficie. Debido a la deformación que sufre el material al ser laminado, las roscas así obtenidas son entre un 10 y un 20% más resistentes que las realizadas a corte, además de tener superficies más duras, con mayor resistencia al desgaste y no generar desperdicios de material en virutas. El laminado de roscas mediante rodillos, consiste en introducir la zona de la pieza a roscar, entre los rodillos de laminación, cuyos ejes horizontales. Los rodillos giran en el mismo sentido, pero uno de ellos montado a un soporte fijo en la bancada de la máquina y el otro sobre un carro desplazable, que acerca o aleja un rodillo del otro, llegando a aprisionar la pieza a roscar y esta debido al giro de los mismos, adquiere un movimiento de rotación sobre si misma, apoyada en la guía inferior que la sostiene. El avance del rodillo móvil hacia el otro, define el grado de penetración de la rosca, donde la máquina por medio de un micro interruptor, detiene el avance y se desplaza de retroceso hasta el inicio de la carrera, produciendo una penetración regulada y progresiva. En la figura 2.4, se puede apreciar el mecanismo de los rodillos y uno de ellos en detalle.

30 20 Figura Nº 2.4: Laminación de rosca por rodillos. El sistema de laminación por peines, es muy recomendable para producciones masivas de piezas, ya que las máquinas son mucho más rápidas, pero están limitadas por el diámetro y longitud de rosca del tornillo, por lo que es recomendable para una fábrica de tornillos poseer ambos tipos de roscadoras por laminación. El principio consiste en dos peines, uno colocado fijo sobre la bancada de la máquina y el otro móvil sobre guías robustas, en donde el peine móvil presiona el tornillo sobre el fijo y lo hace girar a medida que avanza, imprimiendo así, la figura de los filetes de dicho peine sobre la superficie a roscar, hasta que es soltado una vez que llega al final del rodillo fijo. En la figura 2.5, se puede observar el mecanismo del roscado por laminación a peines [4]. Figura Nº 2.5: Laminación de rosca por peines. Roscado a corte. El roscado a corte, tanto en tornillos como en tuercas, se realiza por arranque de viruta, en donde la herramienta de corte, una vez colocada en la máquina roscadora, empieza a remover material de la pieza, hasta que logre copiar en la misma, los filetes de rosca que lleva en su superficie. En la figura 2.6, se pueden observar machos para roscado de tuercas en máquinas roscadoras automáticas [4].