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proceso de fabricación de piezas mediante la eliminación de material De Wikipedia, la enciclopedia libre
El mecanizado es un proceso de fabricación que comprende un conjunto de operaciones de conformación de piezas mediante la eliminación de material, ya sea por arranque de viruta o por abrasión. También en algunas zonas de América del Sur es utilizado el término maquinado, aunque, debido al doble sentido que puede tener este término (urdir o tramar algo), convendría usar el primero. Se realiza a partir de productos semielaborados como lingotes, tochos u otras piezas previamente conformadas por otros procesos como moldeo o forja. Los productos obtenidos pueden ser finales o semielaborados que requieran operaciones posteriores. La máquina y herramienta más utilizada en este proceso de fabricación es el torno.
Todas las piezas metálicas, excepto las fundidas, en algún momento de su fabricación han estado sometidas a una operación al menos de conformado de metales, y con frecuencia se necesitan varias operaciones diferentes. Así, el acero que se utiliza en la fabricación de tubos para la construcción de sillas se forja, se lamina en caliente varias veces, se lamina en frío hasta transformarlo en chapa, se corta en tiras, se le da en frío la forma tubular, se suelda, se maquina en soldadura y, a veces, también se estira en frío. Esto, aparte de todos los tratamientos subsidiarios. La teoría del conformado de metales puede ayudar a determinar la forma de utilizar las máquinas de la manera más eficiente posible, así como a mejorar la productividad. el mecanizado comprende una pieza final de gran resistencia.
La abrasión es la eliminación de material desgastando la pieza en pequeñas cantidades, desprendiendo partículas de material, en muchos casos, incandescente. Este proceso se realiza por la acción de una herramienta característica, la muela abrasiva. En este caso, la herramienta (muela) está formada por partículas de material abrasivo muy duro unidas por un aglutinante (un aglutinante puede ser descrito como un aditivo capaz de aglomerar un material y que puede producir una resistencia entre los enlaces del mismo). Esta forma de eliminar material rayando la superficie de la pieza, necesita menos fuerza para eliminar material apretando la herramienta contra la pieza, por lo que permite que se puedan dar pasadas de mucho menor espesor. La precisión que se puede obtener por abrasión y el acabado superficial pueden ser muy buenos pero los tiempos productivos son muy prolongados.
El material es arrancado o cortado con una herramienta dando lugar a un desperdicio o viruta. La herramienta consta, generalmente, de uno o varios filos o cuchillas que separan la viruta de la pieza en cada pasada. En el mecanizado por arranque de viruta se dan procesos de desbaste (eliminación de mucho material con poca precisión; proceso intermedio) y de acabado (eliminación de poco material con mucha precisión; proceso final cuyo objetivo es el de dar el acabado superficial que se requiera a las distintas superficies de la pieza). Sin embargo, tiene una limitación física: no se puede eliminar todo el material que se quiera porque llega un momento en que el esfuerzo para apretar la herramienta contra la pieza es tan liviano que la herramienta no penetra y no se llega a extraer viruta.
En el proceso de mecanizado por arranque de material intervienen dos movimientos:
Cada uno de estos dos movimientos lo puede tener la pieza o la herramienta según el tipo de mecanizado.
Es el realizado por una persona con herramientas exclusivamente manuales: sierra, lima, cincel, buril (electroerosión); en estos casos el operario maquina la pieza utilizando alguna de estas herramientas, empleando para ello su destreza y fuerza.
El mecanizado se hace mediante una máquina herramienta, manual, semiautomática o automática, pero el esfuerzo de mecanizado es realizado por un equipo mecánico, con los motores y mecanismos necesarios. Las máquinas herramientas de mecanizado clásicas son:
Desde hace ya tiempo, la informática aplicada a la automatización industrial, ha hecho que la máquina-herramienta evolucione hacia el control numérico. Así pues hablamos de centros de mecanizado de 5 ejes y tornos multifunción, que permiten obtener una pieza compleja, totalmente terminada, partiendo de un tocho o de una barra de metal y todo ello en un único amarre.
Estas máquinas con control numérico, ofrecen versatilidad, altas capacidades de producción y preparación, ofreciendo altísima precisión del orden de micras.
Los costes de producción de una serie de piezas en una máquina-herramienta se dividen en unos costes fijos y unos costes por unidad de producción.
donde C (n) es el coste de producción de una serie de n piezas, Cf (n) es el coste no productivo del proceso para n piezas, co es el coste unitario de operación y n es el número de piezas producido. El valor de estas variables depende del número de piezas de la serie.
Atendiendo a los tiempos del proceso, el coste de producción puede analizarse mediante la siguiente expresión:
donde Ch es el coste horario, incluyendo el coste de la mano de obra directa, amortización de instalaciones, mantenimiento, etc; tnp es el tiempo no productivo, que incluye los tiempos de preparación de la máquina (tiempo de fase); top es el tiempo de operación, Cf es el coste de los filos de corte, que es el coste de las plaquitas en caso de utilizar plaquitas intercambiables, o el coste de toda la herramienta en el caso de herramientas enterizas; trf es el tiempo de reposición de los filos de corte; tm es el tiempo de maquinado, es decir, el tiempo durante el cual la herramienta está cortando; y T es la duración o tiempo de vida de la herramienta.
El coste horario será mayor cuanto mayor sea el coste de amortización de la máquina y la cualificación de la mano de obra. Los procesos que utilizan máquinas-herramienta de control numérico tienen un coste horario superior a los procesos que utilizan máquinas convencionales, pero inferior a los procesos que utilizan máquinas especiales, como las máquinas de transferencia (transfert). En el mismo sentido, los tiempos de preparación para un lote son mayores en una máquina de control numérico que en una máquina convencional, pues se necesita preparar la programación de control numérico de las operaciones del proceso.
Los tiempos de operación son menores en una máquina de control numérico que en una máquina convencional, por lo cual, a partir de cierto número de piezas en un lote, el maquinado es más económico utilizando el control numérico. Sin embargo, para lotes grandes, el proceso es más económico utilizando máquinas especiales, como las máquinas de transferencia.
Una máquina herramienta CNC es una herramienta maniobrable motorizada y, a menudo, una plataforma maniobrable motorizada que se controlan mediante un ordenador de acuerdo con instrucciones de entrada específicas.[1][2] Las instrucciones se transmiten a la máquina CNC como un programa secuencial de instrucciones de control de máquina, como código G y código M, y luego se ejecutan. Un programa puede ser escrito por una persona o, lo que es mucho más habitual, generado mediante un programa de diseño gráfico asistido por ordenador (CAD) o de fabricación asistida por ordenador (CAM).[3][4] En el caso de las impresoras 3D, la pieza que se va a imprimir se "corta" antes de generar las instrucciones (o el programa). las impresoras 3D también utilizan código G.[5]
El CNC proporciona una productividad significativamente mayor que el mecanizado informatizado para la producción repetitiva en la que la máquina debe manejarse manualmente.[6][7][8] Sin embargo, estas ventajas conllevan costes significativos, tanto en términos de inversión de capital como de tiempo necesario para poner en marcha las operaciones. Para algunos trabajos de creación de prototipos y lotes pequeños, un buen operario de máquina puede realizar el mecanizado de alto nivel de las piezas mientras se sigue configurando el flujo de trabajo del CNC.
Dado que cualquier componente puede requerir el uso de varias herramientas diferentes (taladros, sierras, palpadores, etc.), las máquinas modernas suelen combinar varias herramientas en una "célula".[9][10] Otras plantas utilizan varias máquinas diferentes con un controlador externo y operarios humanos o robots que trasladan el componente de una máquina a otra. En cualquier caso, la secuencia de pasos necesarios para producir cualquier pieza está altamente automatizada y produce una pieza que se ajusta a todas las especificaciones del dibujo CAD original, donde cada especificación incluye una tolerancia.
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