Clasificación de los procesos de manufactura
La
clasificación de los procesos de manufactura es amplia, varia dependiendo de
cada autor, de cada proceso, de cada industria, pero el objetivo es el mismo
generar valor a un producto mediante su transformación física o química.
Entendiendo como proceso todas aquellas actividades o conjunto de actividades
que causan ese cambio, o consiguen un objetivo determinado, la estructura del
proceso esta representando con los inputs, la transformación y los outputs,
entendiendo que los inputs son todas las entradas de energía, información,
materia prima, la transformación es el proceso, que mas adelante los
clasificaremos y los outputs son todas
las salidas como producto terminado, residuos, desechos, energía, información.
La
energía, puede ser eléctrica, mecánica, hidráulica, química, térmica, entre
otras, considerada como el factor industrial utilizado en el funcionamiento de
herramientas, máquinas o equipos, ayudando a que el proceso se ejecute, a
través de generación, transformación y movimiento de elementos. La energía
total gastada en un proceso se distribuye entre la invertida en la modificación
física del material y los gastos y pérdidas al interior de los equipos
(eficiencia).
La
información como último elemento fundamental, define los parámetros y rangos en
que las variables de proceso se van a mover, apareciendo en los registros o
formatos que determinando el comportamiento de las variables de proceso como:
presión, temperatura, posiciones espaciales, niveles y velocidades, y también
las condiciones y atributos del producto terminado que podríamos definir como
el control de calidad.
Entonces
sabiendo cual es la estructura del proceso vamos a definir algunas de las
clasificaciones de los procesos de manufacturas más comunes y existentes en la
industria, hay que tener en cuenta que todos estos procesos se fundamentan en
los avances tecnológicos, avances de métodos de trabajo, avances de materiales,
avances de maquinaria, avances de equipo, pero lo que buscamos es el
conocimiento del producir y del hacer.
Podríamos clasificar en relación a la integridad del material
original, básicamente debido bien sea a la pérdida de masa, o debido a su
deformación.
Se presentan así, dos grandes grupos principales; uno por la
conformación por desprendimiento de material (viruta), y el otro por la
conformación de toda la masa, forzada desde afuera con deformación mediante
equipos. En el primer grupo de transformación de material por desprendimiento
de viruta podemos encontrar el maquinado con procesos como, el torneado, el
taladrado, el fresado, el cepillado, el mandrilado, entre todos los procesos
que podemos desarrollar en el mecanizado de partes o productos. En el segundo
grupo de conformación forzada por deformación de material encontramos la
conformación plástica mecánica, la pulvimetalurgia, la conformación térmica, y
los materiales sintéticos. En la
conformación plástica mecánica esta el embutido, el laminado, el forjado, la
extrusión, el estirado, el trefilado dentro de este proceso podemos destacar
dos variables importantes la temperatura de trabajo y el tipo de material, este
proceso difiere en un transformación física.
La pulvimetalurgia esta conformada por todas las aleaciones,
mezclas o combinaciones posibles de los materiales de ingeniería que contengan
metales. La conformación térmica como el proceso de unión y soldadura y los materiales sintéticos transformados por
extrusión y soplado. Ya por ultimo en este tipo de disposición de los procesos
de manufactura encontramos los complementarios como el acabado de superficies,
los tratamientos térmicos y los terminados y acoples, resumiendo esta
configuración de procesos de manufactura encontramos una transformación, bien sea por mecanizado o por forzamiento, y
procesos complementarios como el tratamiento térmico, el ensamble y el acabado
de superficies, todos los anteriores logrando generar cambios físicos y
químicos.
Otra configuración de los procesos de manufactura, pero no
mas diferente de la anterior es la que esta contemplada en 5 procesos no en
grupos de procesos como la anterior que estaba conformada en 2 grupos de
procesos y uno adicional que era complementario. Al clasificar por procesos
somos más específicos en el tipo de transformación que va a tomar nuestra
materia entrante.
El primer proceso se denomina como proceso que cambia la
forma del material, donde esta la metalurgia extractiva, la fundición, formado
en frio y en caliente, metalúrgica de los polvos y el molde.
En el segundo proceso encontramos los procesos que producen
desprendimiento de viruta para obtener la forma como el maquinado con arranque
de viruta, el fresado, el cepillado, el taladrado, el brochado, mandrilado y
roscado.
En el tercer proceso encontramos los de acabado de
superficies, en donde esta el desprendimiento de viruta, el pulido y el
recubrimiento.
En el cuarto proceso encontramos los de ensamble de
materiales permanentes o temporales.
En el quinto proceso encontramos los procesos para cambiar
las propiedades físicas de los materiales.
Pero Mikell
P. Groover, clasifica los procesos de manufactura, en su libro fundamentos de
la manufactura moderna, según la siguiente imagen.
En esta
clasificación de los procesos de manufactura esta caracterizado en dos grupos
grandes uno de operaciones de procesamiento que como esta anteriormente es una
operación de transformación de material física o química y el otro grupo esta
conformado por todos los procesos de ensamble que se bifurca en uniones
permanentes y uniones temporales de dos o mas piezas.
También
en el libro Manufactura ingeniería y
tecnología, Kalpakjian-Schmid, donde se encuentran los procesos de manufactura
y profundiza aun mas en los procesos de manufactura que se lleva a cabo en lo
materiales metálicos. Encontramos que los materiales metálicos se clasifican en procesos de fundición, donde tiene
un capitulo completo para especificar todos los procesos de fundición de
metales, entre los cuales podemos destacar fundición en molde de yeso, en molde
cerámico, fundición por revestimiento, por vacío, por inyección en matriz, el
siguiente procesos es el de formado y moldeado del metal en el encontramos la
laminación, el moldeado según el diseño, la producción de tubos y tuberías sin
costura, otro proceso es el de forjado de materiales un proceso donde la formación
del metal consiente en fuerzas sucesivas de comprensión aplicadas a través de
diferentes matrices y herramientas. Uno de las principales características del
forjado es que se puede controlar el flujo del material para que las piezas
tengan buena resistencia y tenacidad, y se puedan utilizar en operaciones donde
se requiera grandes resistencias.
Otro de
los procesos es el de extrusión y estirado de los metales, un proceso donde se
fuerza el paso por una matriz o un molde, logrando producir casi cualquier
perfil transversal, los tipos de extrusión son en frio, en caliente, por
impacto, por hidrostática, pero la extrusión genera algunos defectos en el
material como el agrietamiento de la superficie, la introducción de impurezas
de la superficie hacia el centro del lingote y el agrietamiento interno que no
es fácil de detectar.
Encontramos
además los procesos para remoción de material, son aquellos procesos que
remueven material, cambian dimensiones, cambian geométrica, quitan peso, entre
otros. En esta categoría hallamos los de corte, desprendimiento de viruta, el
fresado, el maquinado, el cepillado, el brochado, el aserrado, también el
utilizar otras herramientas tecnologías como el maquinado ultrasónico, el rayo
laser, haz de electrones, chorro de agua, chorro abrasivo, estas técnicas para
mejorar la precisión, disminuir el desgaste del material, ahorrar energía,
mejorar los tiempos de entrega y sobre todo disminuir costos.
No
podía faltar los procesos de unión y acabado de superficies, en los procesos de
unión están los procesos de soldadura por fusión, con uso de oxigeno y
combustible gaseoso, los generados por arco eléctrico, la soldadura térmica y el
rayo laser. También la sujeción de partes y la adhesión de piezas, que puede
ser mecánica o química. En el acabado de superficies hallamos los tratamientos
térmicos, los recubrimientos y limpieza de superficies.
Esta es
una de las clasificaciones que encontramos pero esta especializada en
materiales metálicos y no es clara en el momento de categorizar los procesos de
manufactura solo los enuncia, tiene mucha información de cada tema pero no
clasifica. Este artículo los clasifique en 4 grupos, los de fusión, los de
moldeo, extrusión, estiramiento y laminación, los de remoción de material y los
de unión y tratamiento de superficies.
Vamos a
observar el libro materiales y procesos de fabricación de E.P DeGarmo, J.T.
Black, R.A. Kohser un libro especializado en materiales y procesos, algo mas
sencillo y fácil de observar encontramos que los materiales son un elemento
fundamental para la selección del proceso de manufactura evitando el
despilfarro de los materiales, materia prima e insumos, produciendo mejor
calidad de vida, para trabajadores, para los clientes, mejores condiciones para
los empresarios y para el ambiente. También enuncia que estos factores
mencionados deben correlacionarse correctamente si se desea producir
económicamente. La clasificación de los procesos de manufactura que plantea esta
en procesos de fundición y moldeo de todos los materiales, donde encontramos:
La
pulvimetalurgia.
Operaciones
de trabajo en caliente
Operaciones
de trabajo en frío
La
siguiente clasificación de proceso es el de mecanización donde están el de
arranque de viruta, limado y cepillado, torneado y mandrilado, el taladrado, el
fresado, el mecanizado abrasivo, el brochado. Seguido
con el proceso de unión, por soldadura de resistencia, por arco eléctrico,
unión con adhesivos y sujeción mecánica y por ultimo el tratamiento de
superficies con fines decorativos y de
protección, observar la siguiente imagen.
Observando
la clasificación anterior podemos agrupar la clasificación de los procesos de manufactura
en 6 grupos. El primero son los de fundición o moldeo, en el segundo los de
conformación y corte, en el tercer grupo los de mecanizado, en el cuarto los de
montaje y ensamblado, en el quinto los de acabado y en el ultimo grupo los de
tratamientos térmicos. Explicando que estos grupos no son mutuamente
excluyentes, es decir para eliminar o unir metal, o bien para tratamientos
térmicos puede utilizarse laser.
Ya
observando estas clasificaciones de los procesos de manufactura encontramos que
su categorización es muy variada, depende de factores como el tipo de material,
el tipo de empresa, el producto final, podemos seguir investigando y seguir
encontrando clasificaciones pero ya con las que hemos visto podemos darnos una
idea, es por esta razón que la clasificación que hace Mikell P. Groover, en su libro fundamentos de
la manufactura moderna, es la mas adecuada, su estructura de clasificación es
fácil de identificar dentro de las 2 y únicas clasificaciones que tiene, de
allí en adelante podemos clasificar en otros sub-grupos que complementan y
detallan mas la etapa y por ultimo encontramos el proceso neto al cual se
somete el material. Lo objetivamente importante en esta clasificación es la
transformación que va a tener el producto, la salida, los outputs, que es lo
que vamos a obtener sin importar el método y la herramienta que utilicemos.
Describiendo
mas ha fondo esta clasificación encontramos las operaciones de proceso, que son
todas aquellas operaciones que necesitan de energía para cambiar la forma y las
propiedades física a fin de agregar valor al material, entre las formas de
energía podemos hallar las mecánicas, térmicas, eléctricas o químicas, la
energía se aplica de forma controlada mediante la maquinaria y sus
herramientas, el papel de las personas es simplemente el factor de
control. Cada operación le agrega valor es
por esta razón que muchas veces en la fabricación de un producto es necesario
para transformar el material en producto final pasar por mas de una operación.
Se
tienen tres categorías de operaciones de procesos, operaciones de formado,
operaciones para mejorar propiedades y operaciones de proceso de superficies.
En las
operaciones de formado, se altera la geometría del material aplicando calor,
fuerza mecánica o una combinación de ambas y los podemos clasificar en procesos
de fundición y moldeo, en los cuales el material esta en forma liquida o
semilíquida y es forzado a fluir por un molde, posteriormente se deja que se
solidifique tomando así la forma de la cavidad. El segundo proceso es el de
partículas, donde el material inicial esta en forma de polvo y se calienta para
darle la geometría deseada, utilizando la técnica de prensado y sintetizado (Calentamiento).
El tercer proceso es el de deformación, el material inicial es solido, se le
aplican fuerzas que excedan las resistencia del material, el material tiene que
ser dúctil de lo contrario se quebrara, para evitar que se quiebre podemos
calentar por debajo de su punto de fusión, en estos procesos podemos
identificar los de forjado, extrusión y laminado. En el cuarto proceso están
los de remoción de material, quitando exceso de material de la pieza inicial,
es aquí donde encontramos los procesos de maquinado utilizando un material que
es mas duro que el material que se esta transformando, pero hay otros procesos
no tradicionales de maquinado que emplean rayos laser, haces de electrones, erosión
química, descargas eléctricas y energía electroquímica.
La
siguiente categoría de las operaciones de proceso son la de mejora de
propiedades mediante tratamientos térmicos, mejorando propiedades físicas o
mecánicas del material de trabajo, esta mejora de propiedades no alteran la
forma, entre ellos encontramos el recocido y templado de materiales, y el
sintetizado de metales y cerámicos.
La última
categoría de las operaciones de proceso son, el procesado de superficies que
las podemos clasificar en operaciones de limpieza, tratamientos de superficie y
de recubrimiento. La limpieza incluye procesos mecánicos y químicos para quitar
suciedad, los tratamientos de superficie incluyen tratamientos de implantación iónica,
chorro de arena y en los procesos de recubrimiento para proteger contra la
corrosión, para dar color y apariencia, para darle resistencia al desgaste y la
preparación para procesos siguientes.
La otra
clasificación que acompaña a las operaciones de procesamiento son las
operaciones de ensamble que las podemos dividir en procesos de unión permanente
y ensamble mecánico, en la cual dos o mas partes se unen para formar una nueva,
las de unión permanente son la soldadura térmica, soldadura blanda, soldadura
fuerte y el pegado con adhesivos. Estos procesos forman una unión que no es
fácil de deshacer. Entre las técnicas de ensamblado mecánico podemos utilizar
tornillos, pernos, tuercas, remaches, abrazaderas y demás métodos de sujeción
que convengan.
Ya
terminamos con la descripción de la clasificación de los procesos de manufactura
hechas por Mickell Groover, considerando esta como la más completa y la más
sencilla para identificar y clasificar. Groover no clasifica por etapas,
técnicas, métodos o maquinas que intervienen en el proceso, sino que clasifica
de acuerdo a la transformación del material, porque en ocasiones la misma
técnica o la maquina sirve para realizar múltiples procesos de transformación,
esta interpretación puede ocasionar choques entre los procesos de manufactura y
realizar una mala clasificación, porque las maquinas o las técnicas no están
enlazadas a un solo proceso.
Es de
vital importancia la clasificación de los proceso de manufactura pues si la
industria desea investigar y desarrollar sus métodos de fabricación, debe saber
en que invertir. Debe invertir en procesos que le generen el mayor valor
agregado con la menor inversión de energía y desperdicio de material, estos son
los retos de la manufactura moderna y las nuevas tecnologías.
