CLASIFICACIÓN DE LOS PROCESOS DE MANUFACTURA

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.