Proceso de fabricación. Ejemplo de aplicación.

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1 Proceso de fabricación. Ejemplo de aplicación. Escuela de Ingeniería a Industriales - UVa Área de Ingeniería de los Procesos de Fabricación Sistemas de Producción y Fabricación Valladolid, Septiembre de 2011

2 Planificación Proceso de fabricación Se puede considerar como el manual de calidad de la ingeniería de fabricación. Industrialización de los productos.

3 Planificación... n... Proceso de fabricación Material Procesos / Operaciones Máquinas Herramientas / Condiciones PF-2 Transporte Seguridad Inspección n y control de calidad M2 M2 M3 PF-2

4 1. Descripción n de la tarea En este ejercicio se analizará el proceso de mecanizado de un pistón, a partir de una preforma de aluminio,, que tiene la forma final salvo sobreespesores.. En cada sección n se irán n mostrando las características de la pieza, las máquinas, m las herramientas, los utillajes de sujeción, los programas CN, etc., necesarios para la fabricación n de la misma. Asimismo, se plantearán n algunas cuestiones para su razonamiento y solución. Para la correcta realización n del ejercicio, se deberá estudiar detenidamente el plano de la pieza, para así comprender mejor las diferentes posibilidades que existen para su mecanizado. Posteriormente, se deberá realizar un análisis de las superficies y volúmenes a mecanizar, y la elección n de las sujecciones,, herramientas y maquinaria necesarias. Finalmente, se deberá obtener el programa de CN, antes de ver la simulación.

5 1. Descripción n de la tarea Se considera que la fabricación n se realiza en un taller de mecanización n y montaje de una PYME con una gran variedad de producción, trabajando con lotes medianos de forma que no se justifica la inversión n en máquinas m especiales. Aunque se podría a plantear la fabricación n flexible mediante una célula de mecanizado, consideraremos que se dispone únicamente de máquinas-herramienta convencionales y centros de mecanizado CNC (con control numérico), por lo que la carga de piezas y fijación n de utillajes será manual.

6 Planificación... n... Proceso de fabricación Preforma aluminio Fundición n por inyección Sobreespesor Lotes medianos Material Procesos / Operaciones Máquinas Herramientas / Condiciones PF-2 Transporte Seguridad Inspección n y control de calidad

7 2. Estudio del plano

8 2. Estudio del plano Para obtener esta pieza, deberemos mecanizar cinco superficies en total. La superficie número n 1 sufrirá varias operaciones, correspondientes a la realización n de los segmentos y de los agujeros de ajuste con el bulón,, por lo que podemos realizar dentro de ella dos subdivisiones, que corresponden a las superficies 3 y 4. A su vez, dentro de la superficie 4, deberemos mecanizar la superficie 5. Es importante recalcar, que el interior del pistón n no será necesario mecanizarlo, ya que la preforma proveniente de fundición, n, ya tiene la forma adecuada y no requiriere mejor acabado superficial.

9 2. Estudio del plano Superficie Nº TIPO COTA ACABADO REFERENCIA 1 Cilíndrica 82 RECTIFICADO concentricidad con el eje de la pieza 2 Esférica ACABADO 3 Cilíndrica 2X1 ACABADO concentricidad con el eje de la pieza 4 Cilíndrica 21 RECTIFICADO perpendicularidad de su eje con el de la pieza 5 Cilíndrica 23 ACABADO perpendicularidad de su eje con el de la pieza

10 Planificación... n... Proceso de fabricación Torneado Desbaste y acabado Rectificado Material Procesos / Operaciones Máquinas Herramientas / Condiciones PF-2 Transporte Seguridad Inspección n y control de calidad

11 3. Análisis de operaciones elementales Para conformar el pistón hemos de mecanizar cinco superficies, que han sido definidas en el apartado anterior; a continuación vamos a desarrollar la operaciones que se deben realizar sobre cada superficie. Las superficies 1, 2 y 3 se realizarán en un torno de control numérico. En las superficies 4 y 5 se planteará una discusión sobre cual sería el mejor método de mecanización. Hacemos notar de nuevo que la preforma viene de fundición con 2 mm. de sobreespesor. Superficie 1 Mediante torno CNC se realizarán n las siguientes operaciones: 1. Desbaste sobre un espesor de 1.5 mm., por lo tanto se dejan 0.5 mm. de 2. Acabado en el espesor de 0.5 mm.

12 3. Análisis de operaciones elementales Superficie 2 De la misma forma que en la superficie 1 por medio de un torno CNC C se realizarán n las siguientes operaciones: 1. Desbaste sobre un espesor de 1.5 mm. 2. Acabado en el espesor de 0.5 mm.

13 3. Análisis de operaciones elementales Superficie 3 Esta superficie comprende las 3 ranuras: por lo tanto habrá que realizar un ranurado sobre cada una de estas. Esta operación n se llevará se llevará a cabo en un torno CNC.

14 3. Análisis de operaciones elementales Superficie 4 y 5 La superficie 4 hace referencia al cajeteado cilíndrico interior y la superficie 5 hace referencia al agujero en el que debe ubicarse el bulón. A continuación n se plantea la discusión n sobre las posibles soluciones a la hora de mecanizar estas dos superficies:

15 4. Análisis de tipo de máquinam quina-herramienta Mecanizado de las superficies 4 y 5 en un torno CNC con herramienta motorizada. En principio esta solución n sería a la más m s indicada puesto que se podría a realizar el mecanizado de todas las superficies en la misma máquina, m torno de CNC, con el consiguiente ahorro de tiempo y mayor garantía a de cotas especialmente si el lote de piezas a fabricar fuera alto. En la práctica, para esta pieza no es posible encontrar herramientas motorizadas que abarquen la distancia que mide el largo del agujero del bulón, con lo que la posibilidad de realizar las superficies 4 y 5 en un torno de CNC con herramientas motorizadas queda descartada. Mecanizado de las superficies 4 y 5 en una fresadora CNC. En la fresadora, empleando unas herramientas adecuadas, podríamos mecanizar las superficies 4 y 5 empleando además s un sistema con control numérico (CNC). No obstante, si el número de piezas a fabricar fuera elevado se podría a pensar en adquirir una máquina especial que fuera capaz de cubrir los requerimientos de esta pieza y otras de la misma familia.

16 4. Análisis de tipo de máquinam quina-herramienta Mecanizado de las superficies 4 y 5 en una fresadora CN. Las máquinas m estándar más m s apropiadas para la realización n de las superficies 4 y 5 son fresadoras CN o centros de mecanizado. Esta solución n conlleva el inconveniente de tener que cambiar de máquina m para mecanizar todas las superficies del pistón, con la consiguiente pérdida p de tiempo, que se puede hacer más m s importante si se trata de fabricar un gran número de piezas. Esta opción n también n incrementa el inventario en curso y hace necesario un mayor control de la producción. Para lotes grandes se podría a pensar en una célula c flexible adecuada para esta familia de piezas, que integrase un torno y un centro de mecanizado, ado, con un robot para la alimentación n de ambos.

17 Planificación... n... Proceso de fabricación Torno CNC Fresadora CNC Rectificadora Material Procesos / Operaciones Máquinas Herramientas / Condiciones PF-2 Transporte Seguridad Inspección n y control de calidad

18 4. Resumen operaciones y tipos de máquinam quina-herramienta Tal y como se ha aclarado en el apartado anterior, operaciones elementales, es necesario utilizar dos tipos de máquina herramientas, estas son: Torno universal (CNC) Fresadora universal (CNC) En el torno universal realizaremos las operaciones de mecanizado de la parte exterior del pistón, mientras que en la fresadora mecanizaremos las superficies correspondientes a la ubicación del bulón. Operaciones que se deben llevar a cabo en el torno: Desbaste y acabado de la superficie 1 Desbaste y acabado de la superficie 2 Ranurado de las tres ranuras pertenecientes a la superficie 3 Operaciones que se deben llevar a cabo en la fresadora: Ranurado cilíndrico para obtener la superficie 4 Desbaste y acabado de la superficie 5

19 5. MáquinasM quinas-herramienta y utillaje Torno Universal Se ha elegido este torno paralelo de control numérico porque es capaz de tornear el diámetro requerido por la pieza. Debe de ser de control numérico para que las instrucciones las realice de forma automática tica siguiendo una secuencia de órdenes que se pueden introducir desde el propio monitor del torno o o desde un ordenador remoto conectado mediante red. Características del Torno Paso de barra de 32 a 110 mm. Diámetro torneable de 250 a 700 mm. Distancia entre puntos hasta 2000 mm. Potencia: kw

20 5. MáquinasM quinas-herramienta y utillaje Torno con CNC

21 Procesos de fabricación. 6. Planificación n para la realización n de operaciones Producto fabricado con 3 operaciones tipo: torneado, fresado y rectificado. En cada línea l se dispone de 3 máquinas m del mismo tipo, pero no iguales. OP 10 PF-1 T1 T2 T3 OP 20 F1 F2 F3 F1 F2 F3 F1 F2 F3 OP 30 R1 R2 R3 R1 R2 R3 PF-2

22 5. MáquinasM quinas-herramienta y utillaje Fresadora Universal Los principales atractivos de una fresadora de este tipo son: Es una máquina m capaz de realizar trabajos fuertes que requieren gran vigor r y energía. Este alto poder de mecanizado es debido a que las herramientas s son multifilo,, por lo que la capacidad de arranque de viruta se multiplica. Su campo de operación n es amplio y muy variado gracias a los numerosos grados de libertad y tipos de herramientas. Además s existen gran diversidad de accesorios que permiten otros movimientos. Las fresadoras universales tienen la posibilidad de orientar tanto to la mesa como el cabezal. Este hecho, junto con todo lo mencionado anteriormente, permite mecanizar casi cualquier tipo de superficie. Características de esta máquina: m Recorrido de la mesa (mm): 750*500*470 Superficie de la mesa (mm): 1050*350 Potencia: 4.5 kw

23 5. MáquinasM quinas-herramienta y utillaje Fresadora Universal Características de esta máquina: m Recorrido de la mesa (mm): 750*500*470 Superficie de la mesa (mm): 1050*350 Potencia: 4.5 kw

24 5. MáquinasM quinas-herramienta y utillaje Fresadora Universal con CNC

25 6. Utillaje Torno En el caso del pistón, se nos presentan varias posibilidades de amarre al torno. Por lo tanto, en este punto se deberá realizar una nueva selección n entre varias opciones. Para efectuarla, se deberá tener en cuenta la facilidad para la sujeción n de la pieza, facilitar las posteriores operaciones intentando minimizar los cambios de posicionado del pistón n en su mecanizado y evitar la generación de defectos superficiales importantes. Antes de pasar a la siguiente fase, se deberá elegir la opción n correcta de entre estas tres:

26 6. Utillaje Fresadora En este caso utilizaremos una mordaza con plato divisor, para así,, poder asegurar que al girar la pieza para mecanizar las superficies 4 y 5, lo hagamos h con gran precisión, en cuanto al número n de grados de giro. Nuevamente, podremos plantear una discusión n acerca de como amarrar la pieza con el utillaje ya comentado: Amarrando la pieza por la superficie interior, que se encuentra sin mecanizar Esta selección, presenta el problema de no poder asegurar, en el caso de la fresadora, un buen control dimensional sobre la pieza. Al apoyar la mordaza sobre una superficie bruta, sin mecanizar, no podremos determinar r con precisión n el origen de la pieza, y no podremos posicionar exactamente el eje de simetría a que corresponde a la superficie 4. En el caso del torno, esto no era tan importante, ya que simplemente ente con alargar unos milímetros metros el mecanizado de la superficie 1 nos asegurábamos que finalizábamos correctamente la operación. Dando la vuelta a la pieza y amarrando por el exterior, haciendo tope en la superficie 2 Esta es la elección n correcta, ya que al estar la superficie 2 mecanizada, las posibles creces residuales de la fundición n no afectan a la exactitud en la obtención n del origen de la pieza.

27 7. Herramientas y condiciones de corte Selección de herramientas para el cilindrado exterior En este punto se tomarán los elementos necesarios, basándose en un catálogo de herramientas de tornear. OBJETO DESIGNACIÓN h h1 b l1 l3 f1 r MANGO EXTERIOR SDJCR/L 2020K OBJETO DESIGNACIÓN l s r PLAQUITA DCGX 11 T3 04-AL OBJETO DESIGNACIÓN Dc mínmáx l 3 Peso (Kg) d m D2 1 l 1 l a m b d a BARRA PARA MANDRINAR R AC

28 Planificación... n... Proceso de fabricación Herramientas Condiciones de corte Vc,, f, ap, Ra, Material Procesos / Operaciones Máquinas Herramientas / Condiciones PF-2 Transporte Seguridad Inspección n y control de calidad

29 8. Hoja de procesos y documentación

30 9. Programación n CNC

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