Tecnologías de Manufactura Avanzada: Maquinado por Chorro y Procesos de Ensamble Industrial

Maquinado con Chorro Abrasivo

Es un proceso mecánico para el corte de materiales duros que implementa el uso de abrasivos.

Procedimiento

Por medio de aire a presión o gas (nitrógeno), dependiendo de la velocidad necesaria, se transportan partículas abrasivas que impactan la pieza a velocidades de alrededor de 540 a 1,080 km/h.

Tipos de Abrasivos para el Maquinado

Polvos de óxido de aluminio.
Polvos de carburo de silicio.
Bicarbonato de sodio.

Ventajas

Corta materiales frágiles sin dañarlos.
El choque genera una fuerza concentrada apta para cortar materiales metálicos y no metálicos.
Es apto para limpiar una pieza con superficie irregular.
Este proceso puede ser empleado para otros usos independientes al corte de la pieza.

Desventajas

Este maquinado no es adecuado para el corte de materiales blandos porque las partículas abrasivas tienden a incrustarse.
Los polvos no son recirculados a causa de posible contaminación, lo cual puede ocasionar una obstrucción en el proceso si no se tiene un escape adecuado.
Tiende a redondear las aristas agudas en esquinas.
Existe riesgo causado por las partículas abrasivas suspendidas en el aire.

Otros Usos

Vidrio escarchado.
Remoción de óxidos en superficies metálicas.
Rebabado.
Grabado de modelos.
Taladrado.
Corte y moldeo de materiales cristalinos.

Maquinado con Chorro de Agua

Existen numerosos casos en que los procesos tradicionales no son satisfactorios o simplemente no son posibles debido a:

El material tiene dureza o resistencia muy elevada.
La pieza es demasiado flexible.
La forma de la pieza es compleja.
El acabado superficial y la tolerancia dimensional son muy rigurosos.
El aumento de temperatura y los esfuerzos residuales no son aceptables.

Características del Corte con Chorro de Agua

Utiliza una corriente fina de agua a alta presión que se obtiene a partir de una pequeña abertura de boquilla que va desde 0.1 hasta 0.4 mm. El chorro funciona como una sierra y corta una ranura angosta en la pieza. El chorro alcanza presiones de hasta 60,000 lb y velocidades de hasta 900 m/s. Una bomba hidráulica es la que presuriza el fluido al nivel deseado. La unidad de boquilla consiste en un soporte hecho de acero inoxidable y una boquilla que puede ser de zafiro, rubí o diamante. En el maquinado deben usarse sistemas de filtración para quitar la viruta producida durante el proceso. Los fluidos de corte en este sistema son soluciones de polímeros, los cuales se prefieren debido a que tienden a producir una corriente coherente.

Parámetros Clave para el Uso del Chorro de Agua

Distancia de separación: Se prefiere que esta distancia sea mínima para reducir la dispersión de la corriente del fluido (típicamente 1/8 de pulgada).
Diámetro de abertura de la boquilla: Aberturas pequeñas se usan para cortes finos sobre materiales delgados.
Velocidad de avance de corte: La velocidad varía desde 5 mm/s hasta 500 mm/s.

Procesos de Ensamble (No Permanentes, Semipermanentes y Permanentes)

La unión de las partes se puede lograr con soldadura, con el uso de sujetadores mecánicos o de adhesivos. Algunas partes se unen de modo permanente con soldadura eléctrica o de gas, soldadura blanda o dura, y algunos adhesivos.

Métodos de Unión

La Soldadura: Se efectúa con el uso de calor, de presión o ambos.
La Sujeción Mecánica: Se puede lograr por medio de tornillos, remaches, roblones, pasadores, cuñas y uniones por ajuste a presión. Los ajustes a presión se consideran semipermanentes; las uniones efectuadas con otros sujetadores mecánicos no son permanentes. Los métodos mecánicos son más costosos y requieren capacidad en la preparación de las partes por unir.

Uniones Permanentes

Son aquellas uniones que, una vez ensambladas, son muy difíciles de separar. Corresponden a este grupo las uniones soldadas, remaches y con ajustes muy forzados. Si se separan, implican daños en la zona de unión.

Desventajas de las Uniones Permanentes (Remaches)

Módulo de elasticidad bajo.
Tendencia al aflojamiento cuando se trabaja con cargas dinámicas y vibraciones.
No es adecuado para garantizar la hermeticidad, puesto que requiere de medios complementarios.
Cuando se usa, se introducen concentradores de esfuerzos en los elementos de unión; conviene solo cargarlas a la cizalladura, ya que a flexión se sobrecarga el vástago y la cabeza del roblón.
El bajo rendimiento que presenta para el ensamble eleva los costos.
Requiere de holguras amplias y de centrados precisos que faciliten el ensamble de las partes.

Definiciones Técnicas

Módulo de Elasticidad: Es la medida de la tenacidad y rigidez del material, o su capacidad elástica. Mientras mayor es el valor, más rígido es. Los materiales con valores bajos son más fáciles de doblar bajo carga.
Cargas Dinámicas: Se aplica a una estructura, a menudo acompañada de cambios repentinos de intensidad y posición.
Hermeticidad: Es la capacidad del producto de refrenar o evitar la filtración del agua u otros elementos.
Cizalladura: Deformación en la que solo intervienen fuerzas tangenciales. Es un corrimiento de las superficies donde están aplicadas las fuerzas. Se relaciona con la fuerza tangencial aplicada a un cuerpo y el ángulo de cizalladura (α).
Vástago: La pieza en forma de varilla que permite sostener o articular distintas piezas, o la barra que, sujeta a una de las caras del émbolo, sirve para dar movimiento a un mecanismo. Un roblón es un elemento de acero, empleado para materializar la unión de estructuras metálicas.
Holgura: Amplitud o anchura de una cosa, que permite que algo o alguien quepa en ella con espacio de sobra.

Unión por Soldadura

La unión por soldadura produce una conexión sólida entre dos partes.

Tipos de Uniones Soldadas

Unión empalmada.
Unión de esquina.
Unión superpuesta.
Unión T.
Unión de bordes.

Tipos de Soldadura

Soldadura metálica con arco protegido (SMAW).
Soldadura metálica con arco eléctrico y gas (GMAW).
Soldadura con núcleo fundente (FCAW).
Soldadura electrogas (EGW).
Soldadura con arco sumergido (SAW).

El Uso de Adhesivos

Las formas de aplicarlos son varias, por ejemplo: con brocha, con rodillos, serigrafía, por aspersión, automáticamente, etc.

Tipos de Adhesivos

Adhesivos Naturales: Son materiales derivados de fuentes como plantas y animales, e incluyen las gomas, el almidón, la dextrina, la harina de soya y el colágeno. Este tipo de adhesivos es de baja tensión.
Adhesivos Inorgánicos: Se basan en el silicato de sodio y el oxicloruro de magnesio. Aunque el costo de estos es relativamente bajo, su resistencia es similar a la de los naturales.
Adhesivos Sintéticos: Son importantes en la manufactura; incluyen diversos polímeros termoplásticos y duroplásticos.

Uniones Semipermanentes

Son aquellas que se espera no sean desmontadas, pero queda abierta esta posibilidad. Para esto se usan Uniones Roscadas.

Requerimientos Mínimos para Uniones Roscadas

Tipos y funciones de los elementos roscados.
Tipología de juntas.
Modos de falla potenciales de los componentes de la junta.
Diseño para prevenir las fallas.
Códigos y normativas para su diseño.

Definiciones de Juntas y Aplicaciones

Las Juntas

Son aberturas hechas en las estructuras que permiten el movimiento horizontal para darle mayor flexibilidad y facilidad de movimiento.

Aplicaciones de Uniones Roscadas

Unir o fijar elementos de ensamble.
Ajustar y/o sellar.
Transmitir cargas entre los miembros o hacia el entorno.
Unir garantizando la independencia y desmontabilidad de los elementos.

Desventajas de Uniones Roscadas

Tendencia al aflojamiento cuando se trabaja con cargas dinámicas y vibraciones.
Requerimiento de mecanizado sobre las partes, previo al uso.
Requiere seguros contra el aflojamiento.
Requiere de holguras amplias y de centrados precisos.
Si se requiere soportar corte sin desmontabilidad, son mejores los remaches.

Procesos Regionales: Ejemplo de la Industria Automotriz

Ejemplos de Empresas Regionales

Automotriz: CHRYSLER, GM, que dedican su producción al ensamble de automóviles.
Alimenticia: NESTLÉ, BIMBO, UNILEVER, que se enfocan principalmente a la industria alimenticia.
Bebidas: COCA COLA y CERVECERÍA MOCTEZUMA.

Proceso de Producción de Automóviles

Fundición

En esta área se crean componentes tales como el bloque motor. No es necesaria si este tipo de componentes se producen en otras fábricas y provienen de un proveedor externo.

Producción de Carrocerías

La elaboración de la estructura puede subdividirse en los siguientes grupos:

Suelo y habitáculo del motor.
Paredes laterales.
Techo.
Línea de montaje de las puertas.
Ensamble principal.
Final de línea.

Pintura

La carrocería se protege primero contra la corrosión, para lo que se suele sumergir en un baño de pintura catódica. Después se aplica un relleno que hace posible un reparto homogéneo de la laca. Es entonces cuando se aplica la capa de pintura con el color deseado y, finalmente, una laca transparente protectora.

Ensamble Auxiliar

Aquí se ensamblan piezas de gran tamaño para así acelerar la línea principal de montaje. Estos componentes pueden ensamblarse interna o externamente. Ejemplos pueden ser el motor, la transmisión, ejes, habitáculo, asientos, puertas, etc.

Montaje Final

Aquí se completa la carrocería con todas las piezas necesarias. Para ello se suelen desensamblar las puertas y en ocasiones también la puerta del maletero para ser ensamblados de forma paralela y así facilitar el acceso al interior del vehículo. Se comienza con el arnés de cables (todo el cableado) para el funcionamiento eléctrico del automóvil. Finalmente, se rellena el vehículo con todos los líquidos necesarios (ej. aceite de motor, refrigerante, líquido de frenos, etc.).