instituto politÉcnico nacional -...

T E S I S P R O F E S I O N A L

Q U E P A R A O B T E N E R EL T Í T U L O

D E I N G E N I E R O

E N R O B Ó T I C A I N D U S T R I A L

IMPLEMENTACIÓN DE LÍNEA DE PRENSAS

ELÉCTRICO – MECÁNICAS PARA UNA PLANTA

AUTOMOTRIZ

PPRREESSEENNTTAA::

CC.. LLUUÍÍSS AALLEEJJAANNDDRROO AARRÉÉVVAALLOO PPEEÑÑAA

DDIIRRIIGGIIDDAA PPOORR

DDRR.. PPEEDDRROO AALLEEJJAANNDDRROO TTAAMMAAYYOO MMEEZZAA DDRR.. JJUUAANN MMAANNUUEELL SSAANNDDOOVVAALL PPIINNEEDDAA

MÉXICO, D.F. JUNIO 2013

II NNSSTTII TTUUTTOO PPOOLL II TTÉÉCCNNII CCOO NNAACCII OONNAALL EESSCCUUEELL AA SSUUPPEERRII OORR DDEE II NNGGEENNII EERRÍÍ AA MM EECCÁÁNNII CCAA YY EELL ÉÉCCTTRRII CCAA

UNIDAD AZCAPOTZALCO

AGRADECIMIENTOS.

Gracias a Dios por cada día que me permite vivir en este hermoso y maravilloso planeta llamado tierra y porque me da la fortaleza y la bendición de seguir adelante para poder lograr mis metas y objetivos.

Gracias a mis padres por todo el amor, apoyo, comprensión, confianza y ejemplo que me han sabido dar día a día para así poder conseguir este logro y realizar todo lo que me propongo en la vida.

Gracias a mi hermano, primos, primas, tíos y tías por formar un gran equipo como familia, y que éste logro alcanzado también es gracias a ustedes.

Gracias al Instituto Politécnico Nacional por abrir sus puertas y permitirme ser parte de su comunidad, forjándome como un hombre de bien, para forjar un mejor México.

Gracias a la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica por ser formadora de profesionistas con alto nivel educativo con valores, sabiduría, honestidad, nobleza y lealtad que este país necesita para ser mejor.

Gracias a mis profesores por sus valiosos consejos y enseñanza durante toda mi trayectoria como estudiante.

Gracias a mis amigos y compañeros por brindarme su amistad, cariño y por todo esos momentos que pasamos juntos.

Luis Alejandro Arévalo Peña.

Resumen i

IMPLEMENTACIÓN DE UNA LÍNEA DE PRENSAS ELÉCTRICO–MECÁNICAS PARA UNA PLANTA

AUTOMOTRIZ

RESUMEN.

En este trabajo se desarrolla un proyecto de implementación de una línea de prensas de

estampado en una planta automotriz. Como primera instancia se desarrolló la investigación

bibliográfica de los procesos de manufactura, con el fin de comprender y determinar los

procesos actuales usados en fabricación y ensamble de productos en las diferentes industrias

manufactureras.

Para el cálculo de la superficie necesaria en cada una de las prensas y zonas de trabajo de la

planta de estampado se empleó el método Guerchet: método que establece los tres tipos de

superficie, que sumandos no dieron la superficie total requerida en la zona de trabajo de las

prensas.

Se describen los conceptos teóricos de la conformación por deformación plástica,

posteriormente se desarrolla el objetivo de este trabajo: desarrollar la implementación de una

línea de prensas de estampado para una planta automotriz, utilizando métodos analíticos e

información proporcionada por el fabricante de las prensas, con lo que se idealizan las

condiciones necesarias para la implementación de la línea de prensas.

Objetivos ii

IMPLEMENTACIÓN DE UNA LÍNEA DE PRENSAS ELÉCTRICO–MECÁNICAS PARA UNA PLANTA AUTOMOTRIZ

OBJETIVOS.

Objetivo General.

• Determinar el diseño de la distribución de la línea de prensas en planta con diferentes

capacidades para la manufactura de vehículos automotores.

Para lograr el objetivo general se proponen los siguientes objetivos particulares:

Objetivos Particulares.

• Determinar el área total que ocupará la línea de prensas.

• Desarrollar la evaluación de la superficie necesaria para instalación de la línea de

prensas.

• Diseñar en base a especificaciones del fabricante de presas la distribución de las

prensas.

• Desarrollo de la instalación de la línea de prensas.

Justificación iii


AUTOMOTRIZ

JUSTIFICACIÓN.

La compañía automotriz requiere de la implementación de nuevos procesos en su planta de

ensamble de autos, para así seguir manteniéndose en niveles competitivos con las otras

establecidas en nuestro país, así como con las nuevas compañías automotrices que están

llegando, dado el potencial del mercado interno y su capacidad de exportación.

Para lograr esto, la planta automotriz para la cual se realiza esta instalación requiere una línea

de prensas de estampado, ya que este proceso en planta es indispensable para el ensamble de

sus nuevos modelos de autos.

La justificación de este trabajo radica en la determinación de las áreas de instalación, proceso

de instalación de la línea de prensas y la evaluación de los procesos de manufactura

involucrados en el estampado de láminas.

iv Contenido


ÍNDICE GENERAL.

RESUMEN.

OBJETIVOS.

JUSTIFICACIÓN.

ÍNDICE GENERAL.

ÍNDICE DE FIGURAS.

ÍNDICE DE TABLAS.

SIMBOLOGÍA.

INTRODUCCIÓN.

i

ii

iii

iv

viii

xii

xiii

xv

CAPÍTULO I.- Sistemas de apoyo a la manufactura.

I.1.- Generalidades.

I.2.- El proceso de diseño y la ingeniería concurrente.

I.3.- Diseño para la manufactura, ensamblaje, desensamblaje y servicio.

I.4.- Selección de materiales.

II.4.1.- Propiedades de los materiales.

II.4.2.- Costo y disponibilidad.

I.5.- Selección de los procesos de manufactura.

I.6.- Manufactura integrada por computadora.

I.7.- Aseguramiento de la Calidad y Administración Total de la Calidad.

I.8.- Competitividad global y costos de manufactura.

I.9.- Producción sobria y manufactura ágil.

I.10- Diseño y manufactura ambiental con conciencia social.

I.11- Planteamiento del problema.

I.12.- Sumario.

CAPÍTULO II.- Conformación por deformación plástica.

II.1.- Generalidades.

II.2.- Procesos de formado de hojas o láminas metálicas.

II.3.- Forja con dado abierto.

1

1

3

4

4

5

5

8

11

12

13

13

14

15

16

16

16

v Contenido


II.4.- Dado impresor y forja con dado cerrado.

II.5.- Forja de precisión.

II.6.- Acuñación.

II.7.- Fuerza de forjado.

II.8.- Operaciones relacionadas con el forjado.

II.8.1.- Cabeceado.

II.8.2.- Penetrado.

II.8.3.- Otras operaciones.

II.9.- Forjado rotatorio.

II.10.- Diseño del dado de forjado.

II.11.- Materiales y lubricación de los dados.

II.12.- Forjabilidad.

II.13.- Máquinas de forjado.

II.13.1.- Prensas.

II.13.2.- Martinetes.

II.14.- Fallos en los dados.

II.15.- La economía del forjado.

II.7.- Sumario.

CAPÍTULO III.- Implementación de la línea de prensas.

III.1.- Generalidades.

III.2.- Planeación de la instalación de la línea de prensas.

III2.1.- Diseño de la distribución de la planta.

III.2.2.- Máquinas.

III.2.3.- Evaluación de la superficie necesaria para instalación de la línea de prensas

III.2.4.- Planos de las áreas de la línea de prensas.

III.3.- Instalación de la línea de prensas.

III.3.1.- Proceso de Instalación.

III.3.2.- Posicionamiento y apertura de Cajas de madera donde se encuentran

las partes de la presa así como las partes del Portal (Gantry).

III.3.3.- Instalación de Portal (Gantry).

18

20

20

21

21

21

22

22

24

25

28

29

30

30

32

33

34

35

36

37

37

37

38

40

44

44

48

48

vi Contenido


III.3.4.- Colocación y centrado de camas.

III.3.5.- Montaje y conexión de canales para cables y canales de desperdicio.

III.3.6.- Ensamble de tirantes y columnas.

III.3.7.- Ensamble y posicionamiento Émbolo (Martelo) en prensas 2, 3, 4 y 5.

III.3.8.- Ensamble de la transmisión de las coronas de Prensas 1, 2, 3, 4 y 5.

III.3.9.- Ensamble de engrane excéntrico (izquierdo y derecho).

III.3.10.- Ensamble y posicionamiento Corona en línea de prensa.

III.3.11.- Ajuste de paralelismo de émbolos.

III.3.12.- Ensamble de rieles y pisos de prensas 1, 2, 3, 4 y 5.

III.3.13.- Instalación de los Brazos alimentadores (Cross bar feeder).

III.3.14.- Conexión eléctrica de línea de prensas.

III.3.15.- Arreglo de cableado en prensas.

III.3.16.- Conexión de Interruptores Square D.

III.3.17.- Conexión de mangueras y tubos hidráulicos.

III.3.18.- Conexión de tubería del cojín.

III.3.19.- Llenado de aceite en Prensas.

III.3.20.- Llenado de acumuladores de nitrógeno.

III.3.21.- Pruebas de Prensas.

III.3.22.- Ensamble del Frente de Línea (Front of Line).

III.4.23.- Instalación del Final de Línea (End of Line).

III.4.24.- Verificación del programa de arranque.

III.3.25.- Sumario.

51

53

54

56

56

60

63

66

68

70

72

74

76

76

78

80

81

82

86

89

90

92

vii Contenido


CONCLUCIONES.

TRABAJOS FUTUROS.

ANEXOS.

Anexo 1.- Diagrama de Flujo del proceso de instalación de la línea líneas de Prensas de

Estampado.

Anexo 2.- Guía VDI 3423 (Verein Deutscher Ingenieure / Asociación Alemanas de

Ingenieros).

REFERENCIAS.

93

94

95

107

110

viii

Índice de Figuras


AUTOMOTRIZ

ÍNDICE DE FIGURAS.

CAPÍTULO I.

Figura I.1. Ilustración esquemática de una operación de fundición para una rueda de

ferrocarril [2002].

Figura I.2. Ilustraciones esquemáticas de varios procesos de formado [2002].

Figura I.3. Ilustraciones esquemáticas de varios procesos de maquinado [2002].

Figura I.4. Dos tipos de uniones soldadas [2002].

Figura I.5. Soldadura de puntos automatizada de las carrocerías automotrices en una

línea de producción en masa.

Figura I.6. Vista general de un sistema de manufactura flexible.

CAPÍTULO II.

Figura II.1. Cilindro sólido comprimido entre dos dados planos [2002].

Figura II.2. Dos vistas de una operación de desbaste de una barra rectangular [2002].

Figura II.3. Etapas en la forja con dado impresor (estampado) [2002].

Figura II.4. Recorte de la rebaba de una pieza forjada [2002].

Figura II.5. Esquema del proceso de acuñación [2002].

Figura II.6. Proceso de forjado rotatorio [2002].

Figura II.7. Insertos de dado, usados para forjar una caja de eje automotriz [2002].

Figura II.8. Esquema de los principios de distintas máquinas forjadas [2002].

Capítulo III.

Figura III.1. Robots Alimentadores (Crossbar).

Figura III.2. Plano de la línea de prensas.

Figura III.3. Plano del Frente de Línea (Front of Line).

Figura III.4. Plano del Final de Línea (End of Line).

Figura III.5. Componentes de la línea de prensas.

Figura III.6. Posicionamiento y apertura de Cajas de madera.

5

6

7

7

9

10

17

18

19

19

21

24

27

32

36

41

42

43

47

48

ix

Índice de Figuras


AUTOMOTRIZ

Figura III.7. Grúa de estampado utilizada para posicionar plataforma de tijera.

Figura III.8. Grúa de estampado con capacidad de 60 Toneladas.

Figura III.9. Rieles alineados en posición correcta.

Figura III.10. Cilindros en posición.

Figura III.11. Vigas de extensión en posición.

Figura III.12. Unidad de control del Portal (Gantry).

Figura III.13. Cama cargada con Portal (Gantry).

Figura III.14. Puntos de apoyo de la cama.

Figura III.15. Alineación y nivelación de camas 1, 2, 3, 4 y 5 colocada.

Figura III.16. Cimbra y vaciado de mezcla de Grout.

Figura III.17. Canales para cables atornillados en su posición.

Figura III.18. Canales de desperdicio atornillados en su posición.

Figura III.19. Colocado de tapas de acero en la base de la cama de.

Figura III.20. Posicionamiento de las columnas a través de los tirantes.

Figura III.21. Colocación de cuatro soportes sobre la base.

Figura III.22. Preparación y limpieza de los émbolos (martelos) de la prensa.

Figura III.23. Posicionamiento de embolo (Martelo) sobre la cama.

Figura III.24. Descarga de coronas y sus partes.

Figura III.25. Pedestales sobre las bases de madera.

Figura III.26. Corona sobre los pedestales.

Figura III.27. Corona con plataformas y pasamanos.

Figura III.28. Ensamble de acumuladores de aire (Tanques).

Figura III.29. Desmontaje de tubería hidráulica y tapa de corona.

Figura III.30. Preparación de los engranes excéntricos.

Figura III.31. Preparación de ejes y engranes excéntricos.

Figura III.32. Instalación de ejes de engranes excéntricos.

Figura III.33. Alineación de los ejes de engranes excéntricos.

Figura III.34. Preparación de ejes y engranes tubulares.

Figura III.35. Ensamble de ejes y engranes helicoidales, los cuatro ejes de transmisión

de enlace (link drive shafts).

Figura III.36. Posicionamiento de coronas sobre columnas de prensas 2, 3, 4 y 5.

48

49

49

50

50

51

51

52

52

53

53

54

54

55

55

56

56

57

57

58

58

59

59

60

60

61

61

62

62

63

x

Índice de Figuras


AUTOMOTRIZ

Figura III.37. Tirantes atornillados en prensas 2, 3, 4 y 5.

Figura III.38. Volante de inercia ya instalado en la corona de la prensa.

Figura III.39. Embrague y Freno ensamblado en prensas.

Figura III.40. Instalación de tolvas colectoras de aceite.

Figura III.41. Limpieza interior de coronas, instalación de tubería y colocación de tapas.

Figura III.42. Columnas verdes tipo “I” del refuerzo del piso de la fosa de estampado.

Figura III.43. Acoplamiento del émbolo de las prensas 1, 2, 3, 4 y 5.

Figura III.44. Centrado del émbolo con respecto del cabezal móvil (mobil bolster).

Figura III.45. Revisión de paralelismo del embolo en 180º y ajuste fino de la apertura de

las correderas con el émbolo.

Figura III.46. Fajamiento alrededor de la base y rieles.

Figura III.47. Posicionamiento de los puentes con rieles.

Figura III.48. Ángulos y Vigas Tipo “I” soldadas en prensa.

Figura III.49. Pintado de las prensas 1, 2, 3, 4 y 5.

Figura III.50. Montaje de los soportes superior y accionamiento vertical del brazo

alimentador (cross bar fedder).

Figura III.51. Montaje de accionamiento vertical interior de las prensas.

Figura III.52. Instalación de escaleras para el acceso a las coronas.

Figura III.53. Colado y cimbrado de grout en rieles de prensa.

Figura III.54. Acercamiento de gabinetes eléctricos al área de mezanines.

Figura III.55. Gabinetes colocados en mezanines

Figura III.56. Gabinetes en mezanines energizados

Figura III.57. Arreglo de cableado en columnas de prensas.

Figura III.58. Arreglo de cableado en el primer nivel fuera de la fosa.

Figura III.59. Arreglo de cableado dentro de la fosa.

Figura III.60. Interruptores colocados a un lado de gabinetes de unidades hidráulicas.

Figura III.61. Conexión de mangueras de la unidad hidráulica.

Figura III.62. Tubos de 4” en prensas de estampado.

Figura III.63. Colocación de soportes para tubería.

Figura III.64. Tubería de alta y baja presión.

Figura III.65. Área de instalación de los acumuladores de nitrógeno.

63

64

64

64

65

65

66

67

68

68

69

69

70

70

71

71

72

73

73

74

75

75

76

76

77

78

79

79

80

xi

Índice de Figuras


AUTOMOTRIZ

Figura III.66. Tanques de acumuladores de nitrógeno del embrague freno.

Figura III.67. Ajuste de freno y embrague de la prensa.

Figura III.68. Cabezal Móvil (Mobil bolster) donde se colocaron los cojines de carga.

Figura III.69. Ajuste de monitor de carga.

Figura III.70. Prueba de funcionamiento de 8 horas.

Figura III.71. Ensamble de estación de centrado.

Figura III.72. Ensamble del Transportador MB2.

Figura III.73. Ensamble del Alimentador (Feeder).


Figura III.75. Instalación del contenedor de desechos.

Figura III.76. Posicionamiento del frente de línea (end of line).

Figura III.77. Instalación del frente de línea (end of line) y guardas de seguridad.

Figura III.78. Instalación de guardas de seguridad.

Figura III.79. Verificación de la velocidad de los rodillos lado izquierdo y derecho.

82

83

83

84

86

87

87

88

88

89

89

90

90

91

Índice de tablas xii


ÍNDICE DE TABLAS.

CAPÍTULO III.

Tabla III.1. Superficies mínimas.

Tabla III.2.- Programa de instalación de la línea de prensas.

Tabla III.3.- Datos técnicos del consumo de Energía Eléctrica.

Tabla III.4.- Datos técnicos de los consumos de aire comprimido.

Tabla III.5.- Carteristas del aceite ISO VG 46 utilizado en las prensas.

Tabla III.6.- Carteristas del aceite ISO VG 150 utilizado en las prensas.

Tabla III.6.- Resultados obtenidos durante las pruebas realizadas.

39

47

72

77

80

81

92

Simbología xiii


SIMBOLOGÍA.

A Área proyectada de la forja.

AC Control adaptativo.

AI Inteligencia artificial.

CNC Control Numérico Continuo (Computer Numerical Control ).

CAD Diseño asistido por computadora (Computer aided design).

CAM Manufactura asistida por computadora (Computer aided manufacturing).

CAE Ingeniería asistida por computadora.

CAPP Planificación de procesos asistida por computadora.

DC Corriente directa.

DFR Diseño para el reciclaje.

DFA Diseño para el ensamblaje.

DFMA Diseño más completo para la manufactura y el ensamblaje.

F Fuerza de forjado.

GT Tecnología de grupo.

Hz Hertz.

ISO Organización Internacional de Normas de Calidad (International Organization

for Standardization of Quality).

h Altura de la pieza.

JIT Producción justo a tiempo.

k Factor multiplicativo.

Kg Kilo gramo.

KPa Kilo pascal.

KVA Kilo volt ampere.

Kj Kilo Joule.

µ Coeficiente de fricción.

n Número de lados.

N Newton.

Nm Newton Metro.

Psi Libra sobre pulgada cuadrada.

Simbología xiv


QS Garantía de Calidad (Quality Assurance).

r Radio de la pieza.

SCP Control estadístico de procesos.

Ses Superficie estática.

Sg Superficie gravitatoria.

Sev Superficie de evolución.

TQM Administración total de la calidad.

V Volt.

VDI Asociación Alemanas de Ingenieros (Verein Deutscher Ingenieure).

Yf Resistencia de fluencia del material.

Yf Esfuerzo de flujo del material a la temperatura de forjado.

°C Grado centígrado.

°F Grado Fahrenheit.

Introducción xv


INTRODUCCIÓN.

Desde hace 15 años, la industria automotriz mexicana empezó con un proceso para la

consolidación de este sector de la industria en el país. Hoy en día México es el noveno

productor de autos mas impórtate a nivel mundial y se ha convertido en un modelo a seguir

para otros países. Debido a esto, los procesos y tecnologías en la industria automotriz

mexicana han mejorado la calidad así como la reducción en los tiempos de manufactura de

vehículos con el fin de satisfacer las necesidades del mercado en este sector de la industria en

México y resto del Mundo.

Un proceso importante en la manufactura de vehículos automotores es el estampado de las

láminas para la carrocería del vehículo. Las prensas hidráulicas ofrecen un amplio espectro de

aplicaciones en el taller de prensas debido a su versatilidad. Las soluciones hidráulicas

innovadoras proporcionan rendimientos altos, seguridad de producción y máxima calidad en la

embutición de la pieza terminada.

Este trabajo de tesis está enfocado en determinar la mejor ubicación de una línea de prensas

con diferentes capacidades para la manufactura de vehículos automotores. La solución a estos

objetivos se desarrollará en el capitulado de esta tesis, por lo que la secuencia de solución se

describe a continuación:

En el Capítulo I. Se lleva a cabo la recopilación bibliográfica, en el que se resumen los

procesos y diseños de la manufactura moderna.

En el Capítulo II. Se hace referencia al marco teórico de los conceptos para el proceso de

estampado, forjado, etc. que servirán para conocer los procesos utilizados actualmente para la

transformación de materiales en la industria manufacturera.

En el Capítulo III. Se desarrolla la implementación de la línea de prensas que consiste en la

planeación e instalación de la línea de prensas.

CAPÍTULO I

SISTEMAS DE APOYO A

LA MANUFACTURA

Capítulo I


1

I.1.- Generalidades.

La manufactura, en su sentido más amplio, es el proceso de convertir la materia prima en productos.

Incluye el diseño del producto, la selección de la materia prima y la secuencia de procesos a través

de los cuales será manufacturado el producto [Kalpakjian & Schmid, 2002]. Como actividad

económica, la manufactura comprende entre el veinte y el treinta por ciento del valor de todos los

bienes y servicios producidos.

I.2.- El proceso de diseño y la ingeniería concurrente.

Tradicionalmente, las actividades de diseño y manufactura han ocurrido de manera secuencial, más

que de manera concurrente o simultánea. Aunque esta secuencia parece lógica y sencilla, es un

procedimiento que desperdicia de forma extrema los recursos. Por ello, se está abriendo paso la

ingeniería concurrente o simultánea. Clave para el nuevo procedimiento es la importancia ahora bien

reconocida de la comunicación dentro de y entre las disciplinas. Esto es, del mismo modo que debe

existir comunicación entre las diferentes funciones de ingeniería, mercadotecnia y servicio, debe

también existir interacción entre sub disciplinas de ingeniería, por ejemplo diseño para la

manufactura, reciclabilidad de diseño y diseño para la seguridad [Kalpakjian & Schmid, 2002].

La ingeniería concurrente es un procedimiento sistemático que integra el diseño y la manufactura de

los productos, manteniendo a la vista la optimización de todos los elementos que forman parte del

ciclo de vida del producto. El ciclo de vida implica que todos los aspectos de un producto como el

diseño, desarrollo, producción, distribución, uso, eliminación y reciclado se consideran de manera

simultánea. Las metas básicas de la ingeniería concurrente son reducir los cambios en el diseño e

ingeniería de producto y reducir el lapso que media entre el diseño del producto y su introducción en

el mercado, así como los costos asociados a ese tiempo.

Tanto para empresas grandes como pequeñas, el diseño del producto conlleva, a menudo, la

preparación de modelos analíticos y físicos del mismo, como ayuda para estudiar factores tales

como las fuerzas, los esfuerzos, las deflexiones y la forma óptima de la pieza. La necesidad de estos

modelos depende de la complejidad del producto. Hoy en día, el estudio de modelos analíticos se ha

simplificado mediante el uso del diseño asistido por computadora (CAD) y de ingeniería y

manufactura asistida por computadora (CAE y cam), respectivamente.

Capítulo I


2

El diseño asistido por computadora permite conceptualizar objetos con mayor facilidad, sin tener

que elaborar ilustraciones, modelos o prototipos costosos. Utilizando la manufactura asistida por

computadora se puede simular, analizar y probar con mayor precisión y más rápido el desempeño de

estructuras sujetas a cargas estáticas o fluctuantes y a temperaturas variables. Por último, la

manufactura asistida por computadora involucra todas las fases de la manufactura, al utilizar y

procesar aún más la gran cantidad de información sobre materiales y procesos recolectados y

almacenados en la base de datos de la organización [Kalpakjian & Schmid, 2002].

Posteriormente a la utilización de estas técnicas asistidas por computadora, suele ser necesario

fabricar un prototipo, un modelo original del producto que funcione. Un desarrollo reciente

importante es el llamado prototipado rápido, que se apoya en técnicas asistidas por computadora y

en diversas técnicas de manufactura (con el uso de materiales tanto metálicos como no metálicos)

para producir prototipos de manera rápida, en forma de un modelo sólido y de bajo costo de una

determinada pieza física. Las pruebas de prototipos deben ser diseñadas para simular, de forma tan

real como sea posible, las condiciones bajo las cuales se va a usar el producto. Estas condiciones

incluyen los factores ambientales (como temperatura y humedad) y los efectos de la vibración y el

uso (y el mal uso) repetido del producto. Las técnicas de ingeniería asistida por computadora son

capaces de llevar a cabo estas simulaciones de manera rápida y completa.

Durante la prueba del prototipo, quizá resulte necesario efectuar modificaciones en el diseño,

materiales o métodos de producción originales. Una vez terminada esta fase, se seleccionan los

procesos apropiados, métodos de manufactura y equipo, así como las herramientas, etc.

Parece ser que, en el pasado, muchos productos han sido sobre diseñados, i.e., que eran demasiado

voluminosos, estaban fabricados con materiales de calidad demasiado elevada, o con una precisión y

calidad no necesaria para los usos pretendidos. Muchos fabricantes creen que si un producto

funciona bien durante un largo período de tiempo, podría haber sido sobre diseñado. En estos casos,

la empresa podría reducir los materiales y/o los procesos empleados.

Capítulo I


3

I.3.- Diseño para la manufactura, ensamblaje, desensamblaje y servicio.

Como ya se ha mencionado, el diseño y la manufactura deben estar estrechamente interrelacionados,

y no deben nunca verse como disciplinas o actividades por separado. Esta visión ampliada ha sido

reconocida como el área de diseño para la manufactura. Se trata de un procedimiento completo para

la producción de bienes, e integra el proceso de diseño con los materiales, métodos de manufactura,

planificación de procesos, ensamblaje, prueba y garantía de calidad.

El diseño, ingeniería y manufactura asistidos por computadora, y las técnicas de planificación de

procesos, empleando grandes programas de computadora, se han hecho indispensables para aquellos

que llevan a cabo dichos análisis. Los nuevos desarrollos incluyen sistemas expertos, que tienen

capacidades de optimización y por lo tanto pueden acelerar el proceso iterativo tradicional de la

optimización del diseño.

Una vez que se han manufacturado las partes individuales, deben ensamblarse en un producto. El

ensamblaje es una parte importante de la operación general de manufactura y es preciso considerar

la facilidad y la velocidad con las que puede efectuarse, así como el costo de las piezas. Asimismo,

muchos productos deben diseñarse de manera que sea posible su desensamblaje, a fin de permitir

que se desarme el producto para su mantenimiento, servicio o para el reciclaje de sus componentes.

Dado que las operaciones de ensamblaje pueden contribuir notablemente al costo del producto, el

diseño para el ensamblaje (DFA), así como el diseño para el desensamblaje, se reconocen ahora

como aspectos importantes de la manufactura. Comúnmente, un producto que es fácil de ensamblar

también será fácil de desensamblar. La tendencia más reciente incluye ahora el diseño para el

servicio, cuya meta es que las partes individuales y subensambles de un producto sean fáciles de

alcanzar, para poderles dar servicio. La tendencia actual es combinar el diseño para la manufactura y

el diseño para en ensamblaje en un diseño más completo para la manufactura y el ensamblaje

(DFMA), que reconoce la relación inherente entre la manufactura de los componentes y su

ensamblaje en un producto final [Kalpakjian & Schmid, 2002].

Capítulo I


4

I.4.- Selección de materiales.

Los tipos generales de materiales empleados hoy en día en la manufactura son los siguientes:

• Metales ferrosos: aceros al Carbono y aleados, acero inoxidable, aceros para herramientas y

dados.

• Metales no ferrosos: aluminio, magnesio, cobre, níquel, titanio, superaleaciones, metales

refractarios, berilio, circonio, aleaciones de bajo punto de fusión y metales preciosos.

• Plásticos: termoplásticos, plásticos termoestables y elastómeros.

• Cerámicas, cerámicas vitrificadas, vidrios, grafitos, diamante y materiales semejantes a

este último).

• Materiales Compuestos: plásticos reforzados, matriz de metal y matriz de cerámica.

Algunas veces, a éstos se les denomina también materiales de ingeniería.

• Nanomateriales: aleaciones con memoria de forma, aleaciones amorfas, superconductores y

otros materiales diversos con propiedades únicas.

Las estructuras aeroespaciales y los productos deportivos han ocupado la primera línea en la

aplicación de los nuevos materiales. Para las estructuras de las aeronaves comerciales la tendencia es

a utilizar más titanio y materiales compuestos, con una reducción gradual en el uso de aluminio y

acero.

I.4.1.- Propiedades de los materiales.

Al seleccionar los materiales para los productos, primero se consideran sus propiedades mecánicas:

resistencia, tenacidad, ductilidad, dureza, elasticidad, fatiga y cedencia. Las relaciones entre

resistencia y peso y entre rigidez a peso también son importantes, particularmente en aplicaciones

aeroespaciales y automotrices. El aluminio, titanio y los plásticos reforzados, por ejemplo, tienen

relaciones de este tipo más elevadas que los aceros y los hierros fundidos. Las propiedades

mecánicas deben valorarse considerando las condiciones específicas bajo las cuales se espera el

producto funcione [Kalpakjian & Schmid, 2002].

A continuación deben tenerse en cuenta las propiedades físicas de los materiales: densidad, calor

específico, dilatación y conductividad térmica, punto de fusión propiedades eléctricas y magnéticas.

Capítulo I


5

Las propiedades químicas también desempeñan un papel significativo, tanto en entornos hostiles

como normales. La oxidación, la corrosión, la degradación general de las propiedades, toxicidad e

inflamabilidad están entre los factores que deben considerarse. Por último, las propiedades de

manufactura de los materiales determinan si pueden ser fundidos, formados, maquinados, soldados o

sujetos a tratamiento térmico con relativa facilidad.

I.4.2.- Costo y disponibilidad.

Si no hay disponibles materias primas procesadas o componentes manufacturados en la forma,

dimensión y calidad deseadas, se hará necesario recurrir a sustitutos y/o al procesamiento adicional;

éstos pueden contribuir de manera significativa al costo del producto. A menudo, un diseño de

producto se puede modificar para aprovechar las dimensiones estándar de las materias primas, y por

tanto evitar los costos de manufactura adicionales [Kalpakjian & Schmid, 2002].

La confiabilidad del suministro, así como la demanda, afecta el costo. La mayor parte de los países

importan numerosas materias primas esenciales para su producción. Estados Unidos, por ejemplo,

importa la mayor parte de los volúmenes que emplea de materias primas como el hule natural,

diamante, cobalto, titanio, cromo, aluminio y níquel.

I.5.- Selección de los procesos de manufactura.

Los principales procesos de manufactura son los siguientes:

• Fundición: Molde desechable y de molde permanente (figura I.1)

Figura I.1. Ilustración esquemática de una operación de fundición para una rueda de ferrocarril.

Capítulo I


6

• Formado y conformado: Laminación, forja, extrusión, estirado, formado de lámina,

metalurgia de polvos y moldeo (figura I.2 a-d).

Figura I.2. Ilustraciones esquemáticas de varios procesos de formado.

• Maquinado tradicionales y no tradicionales: torneado, taladrado, barrenado, fresado,

cepillado, brochado y esmerilado, maquinado ultrasónico, maquinado eléctrico,

electroquímico, y maquinado de haz de alta energía (figura I.3 a-g).

Capítulo I


7

Figura I.3. Ilustraciones esquemáticas de varios procesos de maquinado.

• Unión: Soldadura sin aporte, soldadura con aporte, soldadura blanda, unión por difusión,

unión adhesiva, y unión mecánica (figura I.4 a-b).

Figura I.4. Dos tipos de uniones soldadas, (a) Unión traslapada; (b) Unión Tope.

Capítulo I


8

• Acabado: asentado, lapeado, pulido, bruñido, desbarbado, tratamiento superficial,

recubrimiento y depósito.

Las operaciones de acabado pueden contribuir de forma significativa al costo de un producto. En

consecuencia, la tendencia ha sido pasar de la manufactura de la forma neta o cercana a la forma

terminada, en la cual la pieza se fabrica en la primera operación, tan cerca de las dimensiones,

tolerancias, acabado superficial y especificaciones finales deseadas como sea posible. Los ejemplos

típicos de este tipo de manufactura son la forja de forma neta o cercana a la forma terminada, la

fundición de piezas, el estampado de piezas de lámina de metal, el moldeo por inyección de

plásticos y la fabricación de componentes mediante técnicas de metalurgia de polvos [Kalpakjian &

Schmid, 2002].

I.6.- Manufactura integrada por computadora.

Las metas principales de la automatización en instalaciones de manufactura es integrar diversas

operaciones de forma que se mejore la productividad, se incremente la calidad y la uniformidad del

producto, se minimicen los tiempos del ciclo y se reduzcan los costos de mano de obra.

Pocos desarrollos en la historia de la manufactura han tenido un impacto tan significativo como las

computadoras, que se emplean ahora en una amplia gama de aplicaciones que incluyen el control y

la optimización de los procesos de manufactura, manejo de materiales, ensamblaje, inspección y

prueba automatizada de los productos, control de inventarios y numerosas actividades

administrativas. El uso de las computadoras se ha extendido a la llamada manufactura integrada por

computadora (CIM). Las principales aplicaciones de las computadoras en la manufactura son, en

resumen, las siguientes:

• Control numérico por computadora (CNC). Se trata de un método para controlar los

movimientos de los componentes de las máquinas mediante la inserción directa de

instrucciones codificadas en forma de datos numéricos.

El control numérico fue implementado por vez primera en la década de los cincuenta,

constituyendo un adelanto de importancia en la automatización de las máquinas.

• Control adaptativo (AC). Los parámetros en un proceso de manufactura se ajustan de

manera automática para optimizar la tasa de producción y la calidad del producto y

Capítulo I


9

minimizar el costo. Los parámetros como fuerza, temperaturas, acabado superficial y

dimensiones de la pieza se vigilan de manera constante. Si se mueven fuera del rango

aceptable, el sistema ajusta las variables del proceso hasta que los parámetros quedan de

nuevo dentro del rango de valores determinado.

• Robots industriales. Introducidos a comienzos de la década de los sesenta, los robots

industriales (figura I.5) han venido reemplazando a los seres humanos en toda una serie de

operaciones. Se están desarrollando robots con capacidades de percepción sensorial (robots

inteligentes), con movimientos que simulan los de los seres humanos.

Figura I.5. Soldadura de puntos automatizada de las carrocerías automotrices en una línea de

producción en masa.

• Manejo automatizado de los materiales, tanto en las diversas etapas de fabricación como

en el movimiento de almacenes y de unas máquinas a otras, así como en los puntos de

inspección de inventarios y embarques.

• Sistemas de ensambles automatizados y robóticos. Los productos tienden a ser diseñados

de forma que puedan ensamblarse más fácilmente a máquina.

• Planificación de procesos asistida por computadora (CAPP). Esta herramienta permite

mejorar la productividad en una planta al optimizar los planes de proceso, reducir los costos

de planificación y mejorar la consistencia de la calidad y la fiabilidad del producto. Al

sistema pueden incorporarse también funciones tales como la estimación de los costos y la

vigilancia de los estándares de trabajo.

Capítulo I


10

• Tecnología de grupo (GT). Las piezas se pueden agrupar y producir clasificándolas en

familias, de acuerdo con similitudes de diseño y similitudes en los procesos de manufactura

empleados para su producción. Así pueden estandarizarse los diseños de las piezas y los

planes de proceso, y las familias de partes similares pueden producirse de manera eficiente y

económica.

• Producción justo a tiempo (JIT). Los suministros se entregan justo a tiempo para

subensamblarlos y ensamblarlos, los productos se terminan justo a tiempo para ser

entregados al cliente. Lo esencial es que los costos de inventario se reduzcan, los defectos de

las piezas se detecten de inmediato, se incremente la productividad y se fabriquen productos

de alta calidad a bajo costo.

• Manufactura celular. Consiste en la utilización de estaciones de trabajo (celdas de

manufactura), que por lo general contienen varias máquinas controladas por un robot central,

cada una de las cuales ejecuta una operación diferente sobre la pieza.

• Sistemas de manufactura flexible (FMS). Esta metodología integra las celdas de

manufactura en una unidad grande, toda ella con un interfaz con una computadora central

(Figura I.6). Aunque son muy costosos, estos sistemas son capaces de producir con

eficiencia partes en pequeños lotes y modificar secuencias de manufactura de diferentes

piezas de manera rápida; esta flexibilidad les permite hacer frente a cambios rápidos en la

demanda del mercado para diversos tipos de productos.

Figura I.6. Vista general de un sistema de manufactura flexible, mostrando varias máquinas

(centros de maquinado) y un sistema de transferencia en línea que se mueve a lo largo del

pasillo.

Capítulo I


11

• Sistemas expertos. Se trata de programas complejos de computadora, que están

desarrollando con rapidez la capacidad de llevar a cabo tareas y resolver problemas difíciles

de la vida real, de manera muy similar a la forma como lo harían los seres humanos.

• Inteligencia artificial (AI). Los sistemas controlados por computadora se están haciendo

cada vez más capaces de aprender de la experiencia y de tomar decisiones que optimizan las

operaciones y que minimizan los costos. Las redes neuronales artificiales, que se diseñan

para emular los procesos de pensamiento del cerebro humano, tienen la capacidad de

moldear y simular situaciones de producción, y controlar y supervisar procesos de

manufactura, diagnosticar problemas en el desempeño de las máquinas, llevar a cabo

planificación financiera y administrar la estrategia de manufactura de la empresa.

• Manufactura compartida. Consistiría en una red regional o nacional de instalaciones de

manufactura, con equipo de punta para la capacitación, el desarrollo de prototipos y de lotes

de producción en pequeña escala, y estaría disponible para ayudar a pequeñas empresas a

desarrollar productos que compitan en el mercado mundial.

I.7.- Aseguramiento de la Calidad y Administración Total de la Calidad.

En un sentido amplio, la calidad es una característica o propiedad formada por varias

consideraciones técnicas y estéticas bien definidas. De manera tradicional, la garantía de la calidad

se ha obtenido al inspeccionar las piezas después de su manufactura. Éstas son inspeccionadas para

asegurarse de que se ajustan a las especificaciones y normas de dimensiones, acabado superficial y

propiedades mecánicas y físicas.

Sin embargo, la calidad no puede ser inspeccionada en una unidad del pro ducto una vez que éste ha

sido fabricado. La práctica de inspeccionar productos una vez fabricados ha sido reemplazada

rápidamente por una visión, más amplia, que considera que la calidad debe estar incorporada en el

producto desde la etapa de diseño y a través de todas las etapas subsiguientes de manufactura y

ensamblaje. El objetivo pasa a ser el control de los procesos, puesto que éstos constituyen un factor

crítico en la calidad de los productos [Kalpakjian & Schmid, 2002].

Aunque se puede describir de varias maneras, la integridad del producto es un término que se puede

utilizar para definir el grado en el cual un producto (a) es adecuado para su propósito, (b) satisface

Capítulo I


12

una necesidad real del mercado, (c) funciona de manera fiable dentro de su vida esperada, y (d)

puede ser mantenido con facilidad relativa.

La administración total de la calidad (TQM) y la garantía de calidad son ahora responsabilidad de

todos cuantos están involucrados en e diseño y manufactura de un producto. La nueva concepción

de la calidad conlleva el uso de poderosas técnicas analíticas, como el control estadístico de

procesos (SCP) y los diagramas de control para la vigilancia en línea de la producción de piezas y

para identificar con rapidez fuentes y problemas de calidad. La meta principal es impedir que

ocurran defectos, en lugar de detectarlos y rechazar productos defectuosos una vez fabricados. Un

desarrollo de importancia en la garantía de calidad es el diseño experimental, una técnica en la cual

se estudian de manera simultánea todos los factores empleados en un proceso de manufactura, así

como sus interacciones [Kalpakjian & Schmid, 2002].

La tendencia principal hacia la manufactura y competitividad global ha creado una necesidad para la

aceptación internacional en el uso y en el consenso en relación con el establecimiento de métodos de

control de calidad. Esta necesidad ha resultado en la serie ISO9000 de la Organización Internacional

de Normas de Calidad (International Organization for Standardization of Quality), Garantía de

Calidad (Quality Assurance), así como en el QS9000.

Un registro de una empresa para ese estándar, que es una certificación de procesos de calidad y no

una certificación de productos, significa que la empresa cumple con prácticas consistentes, según se

especifica en su propio sistema de calidad. ISO9000 y QS9000 han influenciado de manera

permanente la forma en que las empresas llevan a cabo sus negocios en el comercio mundial, y se

han convertido en la norma mundial de calidad.

I.8.- Competitividad global y costos de manufactura.

Habitualmente, los costos de manufactura representan aproximadamente un cuarenta por ciento del

precio de venta de un producto. Reducir este precio conlleva, por tanto, una serie de principios de

diseño para la producción económica.

Los que se están siguiendo recientemente son los siguientes:

Capítulo I


13

• El diseño debe hacer que el producto sea tan simple como sea posible en su manufactura,

ensamblaje, desensamblaje y reciclaje.

• Los materiales deben seleccionarse en función de sus características apropiadas de

manufactura.

• La precisión dimensional y el acabado superficial deben especificarse tan ampliamente como

sea posible, para minimizar los costos de manufactura.

• Las operaciones secundarias y de acabado de las piezas deben evitarse o minimizarse, porque

aumentan de manera significativa los costos.

I.9.- Producción sobria y manufactura ágil.

La producción sobria o manufactura sobria consiste en un juicio crítico sobre cada una de las

actividades de la empresa: la eficiencia de sus diversas operaciones, la posible no necesidad de

alguna de ellas, la eficiencia de la maquinaria y equipo de producción, y el número de personas

involucradas en cada operación particular. Continúa con un análisis completo de los costos de cada

actividad, incluyendo aquellos debidos a la mano de obra productiva y no productiva.

Este concepto requiere de un cambio fundamental en la cultura corporativa, así como un

discernimiento de la importancia de la cooperación y del trabajo en equipo entre la administración y

la fuerza de trabajo. Los resultados no redundan necesariamente en una reducción de costos; más

bien, van dirigidos hacia la eficiencia y la rentabilidad de la empresa, al eliminar todo tipo de

desperdicio de las operaciones y encarar los problemas de inmediato [Kalpakjian & Schmid, 2002].

La manufactura ágil es un término que ha sido acuñado par indicar el uso de los principios de la

producción sobria en una escala amplia. El principio tras la manufactura ágil es asegurar la agilidad,

por tanto la flexibilidad en la empresa de manufactura, de forma que se pueda responder

rápidamente a los cambios en la demanda del producto y en las necesidades de los clientes.

I.10- Diseño y manufactura ambiental con conciencia social.

En Estados Unidos solamente, todos los años se descartan nueve millones de automóviles y 285

millones de llantas; aproximadamente 100 millones de dichas llantas se reutilizan de diversas

maneras. Todos los años se desechan unos cinco mil millones de kilogramos de productos plásticos.

Capítulo I


14

Cada tres meses, las industrias y los consumidores desechan suficiente aluminio como para

reconstruir la flota aérea comercial de todo el país. En Alemania, todos los años se desechan

800.000 toneladas de televisores, radios y aparatos de computación.

Se están produciendo muchos avances en relación con todo esto, y en la industria ha comenzado a

emplearse el término diseño y manufactura con conciencia ambiental, lo que indica el amplio

alcance del problema. Se está haciendo especial énfasis en el diseño para el entorno (DFE) o diseño

verde. Este procedimiento anticipa el impacto ambiental negativo posible de materiales, productos y

procesos, para que puedan tomarse en consideración desde las primeras etapas del diseño de la

producción. Los objetivos principales son evitar la contaminación en la fuente y promover el

reciclaje y reutilización en vez de la eliminación. Estas metas han llevado al concepto de Diseño

para el reciclaje (DFR) [Kalpakjian & Schmid, 2002].

I.11- Planteamiento del problema.

La industria automotriz actual en México está teniendo un apogeo con la llegada de nueva inversión,

esto trae como consecuencia la construcción de nuevas plantas y la mejora de las plantas ya

establecidas en el país, esto implica la introducción de nueva tecnología de punta para satisfacer las

necesidades de producción de la industria automotriz.

Como parte de esta nueva inversión al país, una compañía automotriz ya establecida en México

decidió producir un nuevo modelo en una de sus plantas, esto trae como consecuencia nuevos

procesos de producción, esto generó la necesidad de implementar una línea de estampado para su

planta.

Para satisfacer la necesidad del nuevo proceso de estampado, se realizó un proyecto de

implementación de una línea de prensas de estampado, esta implementación se divide en dos etapas:

• Diseño de la distribución de la planta de estampado, esto se realiza a partir de un cálculo

entre la superficie estática, la superficie gravitatoria y la superficie de evolución, para así

determinar el área total de la planta de estampado.

Capítulo I


15

• Proceso de instalación, esto se desarrolló a partir de la información proporcionada por el

fabricante de las prensas de estampado, la cual se dividió en tres partes que son, frente de

línea, línea de prensas y final de línea.

Este trabajo busca entonces desarrollar los conceptos de sistemas de apoyo a la manufactura,

conformación por deformación plástica y el desarrollo de la implementación de una línea de prensas

de estampado.

I.12.- Sumario.

En este capítulo se plantearon los diseños de manufactura, la cual se aplicara para el desarrollo del

Capítulo III y por medio del cual será posible la instalación de la línea de prensas para una planta de

estampado en una compañía de ensamble de automóviles.

Asimismo, se describen los tipos de sistemas de manufactura que se utilizan en la industria

automotriz y de manufactura de nuevos productos a nivel mundial.

El siguiente capítulo comprende el marco teórico. En este se analizan los conceptos que son la base

de este trabajo de investigación, tales como el proceso, significado de diseño y las consideraciones

que se deben estudiar para los procesos de manufactura de formado de hojas o láminas metálicas.

CAPÍTULO II

CONFORMACIÓN POR

DEFORMACIÓN

PLASTICA

Capítulo II


16

II.1.- Generalidades.

La necesidad de diseñar elementos de mecanismos robustos, funcionales y confiables

aplicables al estampado de lámina para el desarrollo de partes de vehículos, requiere de

conceptos de ingeniería como: forja, laminado, dado de impresión, máquina de forjado,

estampado; esto con el fin saber porque el proceso de estampado es el utilizado para la

manufactura de vehículos.

Por eso la importancia de hacer referencia en el marco teórico de los conceptos que servirán

como fundamento para explicar los antecedentes e interpretar los resultados para realizar la

instalación de la línea de prensas. Estos conceptos abordan los procesos de fabricación

aplicables al caso de estudio, que servirán para realizar y desarrollar la problemática planteada

como objetivo general de estudio del presente trabajo.

II.2.- Procesos de formado de hojas o láminas metálicas.

El conformado de lámina data del 5000 a.C., cuando se fabricaban utensilios domésticos y

joyería por repujado y estampado de oro, plata y cobre. En comparación con los productos

fabricados por fundición y forja, las piezas de metal laminado tienen la ventaja de poco peso y

forma versátil. Por su bajo costo y buenas características generales de resistencia y facilidad

de conformado, el acero al bajo carbono es el metal en forma de lámina que más se usa. Para

aplicaciones en aviones y en naves espaciales, los materiales laminados normales son el

aluminio y el titanio [Kalpakjian & Schmid, 2002].

II.3.- Forja con dado abierto.

Las forjas hechas con dado abierto pesan, en general, de 15 a 500 kilogramos, se han forjado

piezas de hasta 300 toneladas. Los tamaños pueden variar desde piezas muy pequeñas hasta

ejes de unos 23 m de largo, como los de hélices de barcos.

Se puede describir el proceso con matriz abierta como una pieza sólida colocada entre dos

dados o matrices planas, cuya altura se reduce por compresión (figura II.1a). Este proceso

también se llama recalcado o forjado con dado plano. Las superficies del dado en la forja con

matriz plana pueden tener cavidades sencillas, para producir piezas relativamente sencillas.

Capítulo II


17

Figura II.1. (a) Cilindro sólido comprimido entre dos dados planos. (b) Deformación del

uniforme del material sin fricción. (c) Deformación con fricción. Obsérvese el abarrilamiento

causado por las fuerzas de fricción en las interfaces entre tejo y matriz.

En condiciones ideales, la pieza se deforma uniformemente (Figura II.1b), debido a que se

mantiene el volumen constante, toda reducción de altura aumenta el diámetro de la pieza

forjada. En las operaciones reales, la pieza desarrolla una forma abarrilada (Figura II.1c); esta

deformación también se llama pancaking. El abarrilamiento se debe principalmente a fuerzas

de fricción en las interfases entre dado y pieza, que se oponen al flujo de los materiales hacia

afuera en esas regiones. Se puede reducir el abarrilamiento al mínimo si se usa un lubricante

eficaz.

También puede presentarse el abarrilamiento al aplanar piezas calientes entre dados fríos. El

material, en y cerca de las interfases, se enfría con rapidez, mientras que el resto de la pieza

permanece relativamente caliente. Así, el material, en los extremos de la pieza, tiene más

resistencia que en el centro. En consecuencia, la parte central de la pieza se dilata más en

dirección lateral que en los extremos. El abarrilamiento debido a efectos térmicos se puede

reducir o eliminar con dados calentados; también se usan barreras térmicas, como por ejemplo

manta de fibra de vidrio en el contacto entre el dado y la pieza.

El desbaste (dowing out), es una operación de forjado en dado abierto en la que se reduce el

espesor de una barra en pasos sucesivos de forjado en intervalos específicos (Figura II.2).

Capítulo II


18

Figura II.2. Dos vistas de una operación de desbaste de una barra rectangular. Los herreros

usan este proceso para reducir el espesor de las barras martillando la pieza sobre un yunque.

Obsérvese el abarrilamiento de la pieza.

Fuerza de forjado. La fuerza de forjado, F, en una operación de forjado con dado abierto sobre

una pieza sólida cilíndrica, se puede calcular con la Ecuación II.1.

2 21

3

rF Yf r

h

µπ = +

, (II.1)

donde Yf es la resistencia de fluencia del material, µ el coeficiente de fricción y r y h son el

radio y la altura de la pieza, respectivamente [Kalpakjian & Schmid, 2002].

II.4.- Dado impresor y forja con dado cerrado.

En la forja con dado impresor o forja con matriz de impresión, la pieza adquiere la forma de

las cavidades (impresiones) del dado, al forjarse entre dos matrices perfiladas. Algo del

material fluye hacia afuera y forma una rebaba. Ésta posee un papel importante en el flujo del

material en el estampado: es delgada, se enfría con rapidez y, por su resistencia a la fricción,

somete a grandes presiones al material en la cavidad de la matriz, promoviendo así el llenado

de la cavidad.

La pieza a forjar se prepara con operaciones como: corte o recorte de una barra extruida o

estirada, operaciones de preconformado como metalurgia de polvos, fundido o una pieza bruta

preformada en un forjado anterior.

Capítulo II


19

Figura II.3. Etapas en la forja con dado impresor (estampado). Estampado de un material

redondo sólido. Nótese la formación de rebaba, que es el exceso de metal que después se

recorta (Véase figura II.4).

En la forja con dado cóncavo el material se aleja de una zona; en la forja con dado convexo, se

junta en una zona localizada. A continuación, a la pieza se le da la forma aproximada con un

proceso llamado bloqueo, usando dados bloqueadores. La operación final es el acabado de la

forja en matrices de estampado, que le dan su forma final. La rebaba se quita, normalmente

mediante troquelado. (Figura II.4).

Figura II.4. Recorte de la rebaba de una pieza forjada. Nótese que el material delgado del

centro es eliminado por punzonado.

En el proceso verdadero de forja con dado cerrado o sin rebabas, éstas no se forman y la pieza

llena por completo la cavidad del dado. Son esenciales el control exacto del volumen de

Capítulo II


20

material y un diseño correcto de la matriz, para obtener una forja con matriz cerrada que tenga

las dimensiones y tolerancias deseadas. Las piezas brutas pequeñas no llenan por completo la

cavidad del dado; al contrario, las demasiado grandes generan presiones excesivas y pueden

hacer que los dados fallen prematuramente o se aplasten [Kalpakjian & Schmid, 2002].

II.5.- Forja de precisión.

Por razones económicas, la tendencia actual en las operaciones de forjado es hacia mayor

precisión, con lo que se reduce la cantidad de las operaciones adicionales de acabado. Las

operaciones en las que la pieza que se forma tiene dimensiones cercanas a las finales deseadas

se denominan forja a la forma casi neta, o forja a la forma neta.

En la forja de precisión, unos dados especiales producen piezas con mayores precisiones que

las que se obtienen en la forja con dados de estampado, y requieren mucho menos maquinado.

En el proceso se requiere equipo de mayor capacidad, por la necesidad de aplicar mayores

fuerzas para obtener los detalles finos de la pieza. Debido a que las fuerzas y temperaturas que

se requieren son relativamente bajas, las aleaciones de aluminio y de magnesio se prestan en

especial para el forjado de precisión; además, los dados se gastan menos y el acabado

superficial es bueno. También se puede hacer forja de precisión con los aceros y el titanio.

Entre los productos característicos producidos mediante forja de precisión están los

engranajes, bielas, cajas y álabes de turbina [Kalpakjian & Schmid, 2002].

II.6.- Acuñación.

El acuñado o acuñación es esencialmente un proceso de forja con dado cerrado, que se usa de

forma específica para producir monedas, medallones y joyería (Figura II.5). El tejo se acuña

en una cavidad completamente cerrada del dado. Para producir los detalles finos, las presiones

necesarias pueden ser de hasta 5 o 6 veces la resistencia del material. En este caso no se

pueden emplear lubricantes, porque pueden quedar atrapados en las cavidades del dado y, al

ser incompresibles, evitar la reproducción completa de los detalles superficiales del dado.

Capítulo II


21

Figura II.5. (a) Esquema del proceso de acuñación. Las primeras monedas se hicieron con

forja de dado abierto y carecían de detalle fino. (b) Un ejemplo de operación de acuñado para

producir la impresión de la letra E en un bloque de metal.

II.7.- Fuerza de forjado.

La fuerza F de forjado que se necesita para una operación de estampado se puede calcular con

la Ecuación II.2 [Kalpakjian & Schmid, 2002].

F kYfA= , (II.2)

donde k es un factor multiplicativo, Yf es el esfuerzo de flujo del material a la temperatura de

forjado y A es el área proyectada de la forja, incluyendo la rebaba. En operaciones de forja en

caliente, la presión real de forjado para la mayor parte de los metales va de 500 a 1000 MPa.

II.8.- Operaciones relacionadas con el forjado.

II.8.1.- Cabeceado.

El cabeceado, encabezado o cabeceo es esencialmente una operación de recalcado que

normalmente se hace en el extremo de una varilla o alambre redondos, para producir una

sección transversal mayor. Entre los ejemplos característicos están las cabezas de los tornillos,

pernos, remaches, clavos y demás sujetadores.

Capítulo II


22

Los procesos de cabeceado se pueden hacer en frío o en caliente, en máquinas que se llaman

cabeceadoras, que suelen estar muy automatizadas. Sus producciones con piezas pequeñas son

de cientos de ellas por minuto. Es fácil que estas máquinas sean ruidosas; se requieren recintos

a prueba de ruido, o el uso de protectores. Se pueden combinar las operaciones de cabeceado

con los procesos de extrusión en frío para fabricar diversas piezas. Un aspecto importante del

cabeceado es la tendencia que tiene la barra de torcerse si la relación de longitud soportada a

diámetro es demasiado alta.

Esta relación se suele limitar a menos de tres a uno, pero puede ser mayor, dependiendo de la

geometría del dado. Por ejemplo, se pueden lograr mayores relaciones si el diámetro de la

cavidad de la matriz no es mayor que 1,5 veces el diámetro de la barra.

II.8.2.- Penetrado.

El penetrado es un proceso de indentación (sin atravesar) de la superficie de una pieza con un

punzón, para producir una cavidad o impresión. La pieza puede estar confinada en una cavidad

del dado o puede no estar restringida. Al penetrado puede seguir la perforación, punzonado o

taladrado, para producir un orificio en la pieza. A demás, el penetrado se hace para producir

regiones huecas en las forjas con equipo auxiliar de acción lateral.

La fuerza de penetrado depende del área transversal y de la geometría de la punta del punzón,

de la resistencia del material y de la magnitud de la fricción entre las interfases deslizantes. La

presión puede ser de tres a cinco veces la resistencia del material, más o menos igual a la que

se requiere para hacer una indentación en la determinación de la dureza.

11.8.3.- Otras operaciones.

El punzonado de cavidades consiste en oprimir un punzón endurecido, con determinada

geometría en la punta, sobre la superficie de un bloque de material. A continuación, la cavidad

producida se usa como un dado para operaciones de conformado, como en la fabricación de

cuchillería. La cavidad del dado suele ser poco profunda, pero para cavidades mayores se

puede quitar algo de material de la superficie, maquinándolo antes de punzonar cavidades.

En el laminado forjado o forja laminar, se reduce o se conforma la dimensión transversal de

una barra pasándola por un par de rodillos con ranuras conformadas. Con este método se

Capítulo II


23

producen ejes cónicos y muelles trapezoidales, cuchillería y herramientas de mano; también se

puede usar como operación preliminar de conformado, a la que siguen otros procesos de forja.

Un proceso parecido al laminado formado es el laminado inclinado, que se usa normalmente

para fabricar cojinetes de bolas. Se alimenta alambre o barra redonda al hueco entre los

rodillos y se forman piezas más o menos esféricas, en forma continua, por acción de los

rodillos giratorios. Otro método de formar piezas casi esféricas para cojinetes de bolas es

cortar tramos de una barra redonda para después batirlos en cabeceadoras de bola entre dos

dados con cavidades semiesféricas. Posteriormente, las bolas son esmeriladas y pulidas en una

maquinaria especial.

El forjado orbital es un proceso en el que el dado superior describe una trayectoria en órbita

y forma la pieza en forma incremental. Las piezas que se suelen forjar con este proceso tienen

formas de disco y formas cónicas, como por ejemplo los engranajes cónicos. La fuerza de

forjado es relativamente pequeña, porque en cualquier instante el contacto del dado se limita a

una zona pequeña de la pieza. La operación es relativamente lenta y las piezas pueden ser

formadas con unos diez o veinte ciclos del dado en órbita.

La forja incremental es un proceso en el que la pieza se conforma por forjado con una

herramienta que da la forma en varios pasos pequeños. Este concepto se parece algo a la

operación de desbaste; en ella el dado penetra en la pieza hasta distintas profundidades por la

superficie. En consecuencia, en este proceso se requieren fuerzas mucho menores que en el

forjado convencional con dado de impresión. Además, las herramientas son más sencillas y

menos costosas.

En el forjado isotérmico, también llamado forjado con dado caliente, los dados se calientan

a la misma temperatura que la de la pieza caliente. Como la pieza permanece caliente, durante

la forja se mantienen su baja resistencia y gran ductilidad; la fuerza de forjado es baja y mejora

el flujo de material en el interior de la cavidad del dado. Se pueden forjar piezas complicadas,

con buena precisión dimensional y casi hasta su forma, con un solo viaje de la prensa

hidráulica. Los dados para el forjado en caliente se suelen hacer con aleaciones de níquel o de

molibdeno.

Capítulo II


24

II.9.- Forjado rotatorio.

En el forjado rotatorio, llamado simplemente embutido o forjado radial, una varilla sólida o

tubo se somete a fuerzas radiales de impacto mediante un conjunto de dados reciprocantes

(Figura II.6a y b). El movimiento de los dados se obtiene mediante un conjunto de rodillos en

una caja, en una acción parecida a la de un rodamiento laminar. La pieza se mantiene estática

y los dados giran, golpeando la pieza con frecuencias de hasta veinte golpes por segundo.

Figura II.6. (a) Esquema del proceso de forjado rotatorio. (b) Formación de perfiles internos

en una pieza tubular, por forjado rotatorio. (c) Máquina forjadora rotatoria del tipo de matrices

cerradas, mostrando la formación de un eje con escalones. (d) Piezas fabricadas cono forjado

rotatorio.

En las máquinas de forjado con dado cerrado de matriz, los movimientos de los dados se

obtienen por el movimiento reciprocante de cuñas (Figura II.6c). Los dados se pueden abrir

más que los de las forjadoras rotatorias y, en consecuencia, pueden manejar piezas de diámetro

grande variable. En otra clase de máquinas, los dados no giran, sino que se mueven

Capítulo II


25

radialmente hacia el interior o el exterior. Entre los productos que se fabrican con ellas están

las hojas de los destornilladores y las puntas de cautín (Figura II.6d).

En la extrusión de tubo, el diámetro interno y/o el espesor de la pared del tubo se pueden

controlar con o sin el uso de mandriles internos. Para tubuladoras de pequeño diámetro, se usa

alambre de alta resistencia como mandril. Los mandriles también se pueden fabricar con

ranuras longitudinales, para poder forjar tubos de formas internas especiales. Por ejemplo, el

acanalado de los cañones de las armas se hace forjando un tubo sobre un mandril que tiene

ranuras en espiral. El proceso de forjado rotatorio se puede aplicar para ensamblar herrajes

sobre cables y alambres; en tales casos se emboquilla directamente el herraje tubular al cable.

También se usa este proceso en operaciones como el apuntado (hacer cónica la punta de una

pieza cilíndrica) y el dimensionado (terminar las dimensiones de una pieza).

El emboquillado o suajeado se limita a piezas que poseen un diámetro de aproximadamente

150 mm; se han emboquillado piezas de hasta 0,5 mm. Las tolerancias van desde ±0,05 a ±0,5

mm. Es adecuado para producciones medianas o altas. Es posible obtener producciones de

hasta 50 partes por minuto, según la complejidad de la pieza. Es un proceso versátil y las

longitudes sólo están limitadas por la longitud de la barra que sostiene el mandril, en caso de

ser éste necesario.

Como en otros procesos de trabajo en frío, las piezas producidas por el forjado rotatorio tienen

mejores propiedades mecánicas [Kalpakjian & Schmid, 2002].

II.10.- Diseño del dado de forjado.

Para diseñar los dados para forja se requiere conocer la resistencia y la ductilidad del material

de la pieza, su sensibilidad a la velocidad de deformación y a la temperatura, sus

características de fricción y la forma así como la complejidad de la pieza. Un aspecto

importante es la distorsión del dado bajo grandes cargas en el forjado, en especial si se

requieren tolerancias dimensionales cerradas.

Capítulo II


26

La regla más importante en el diseño de dados es que la pieza fluye en la dirección de la

menor resistencia. Por consiguiente, se debe conformar la pieza (forma intermedia) de tal

modo que llene bien las cavidades del dado.

Preformado. En una pieza bien preformada o preconformada, el material no debe fluir con

facilidad hacia la rebaba, el patrón de flujo del grano debe ser favorable y se debe minimizar el

deslizamiento excesivo en las caras de contacto entre pieza y dado para reducir el desgaste.

Se han desarrollado técnicas de diseño asistidas por computadora para llevar a cabo los

cálculos necesarios, así como para predecir la pauta de flujo del metal en la cavidad de la

matriz y la formación de defectos. Como el material sufre distintos grados de deformación (y a

velocidades distintas) en diversas regiones de la cavidad del dado, las propiedades mecánicas

dependerán del lugar específico en la forja.

Particularidades en el diseño de dados. Para la mayor parte de las forjas o piezas forjadas, la

línea de partición suele estar en la sección transversal máxima de la pieza. Para las formas

simétricas sencillas, es normalmente una recta que pasa por el centro de la pieza forjada, pero

para formas más complejas esa línea puede no estar en un solo plano.

Después de restringir de forma suficiente el flujo lateral para asegurar un buen llenado del

dado, se deja que el material de rebaba fluya en un canal de rebaba para que, si hay rebaba

adicional, no aumente en forma innecesaria la fuerza de forjado. Un lineamiento general para

holguras de rebaba entre dados es el tres por ciento del grosor máximo de la forja. La longitud

de la cara suele ser de dos a cinco veces el espesor de la rebaba. A través de los años se han

desarrollado diversos diseños de canal de rebaba.

Los ángulos de salida son necesarios en casi todos los dados de forjado, para facilitar el

desprendimiento entre la pieza y el dado. Al enfriarse, la pieza forjada se contrae en dirección

radial y longitudinal a la vez, por lo que los ángulos de salida internos se hacen mayores que

los externos. Los ángulos internos son de 7 a 10°, y los externos de 3 a 5°.

Es importante seleccionar los radios de tangencia adecuados en las esquinas y los biseles, para

asegurar el flujo uniforme del metal hacia la cavidad del dado y mejorar la vida de éste. En

Capítulo II


27

general, son indeseables los radios pequeños por su efecto adverso sobre el flujo de metal, y su

tendencia a desgastarse con rapidez (como resultado de la concentración de esfuerzos y los

ciclos térmicos). Además, los radios pequeños de bisel pueden causar la rotura de los dados

por fatiga. Como regla general, estos radios deben ser tan grandes como lo permita el diseño

de la pieza forjada.

En lugar de hacerse de una sola pieza, los dados se pueden ensamblar con insertos (Figura

II.7), en particular para formas complejas; con esta alternativa se reduce el costo de

fabricación de varios dados semejantes. Los insertos se pueden fabricar con materiales más

fuertes y duros, y se pueden cambiar con facilidad en caso de desgaste o falla en una zona

determinada.

Figura II.7. Insertos de dado, usados para forjar una caja de eje automotriz.

Como en el caso de los modelos empleados en fundición en forja, se prevén tolerancias en el

diseño e los dados, porque se puede necesitar el maquinado de la pieza forjada para obtener las

dimensiones y el acabado superficial finales. Las tolerancias de maquinado deben preverse en

las bridas, orificios y superficies conjuntas.

Capítulo II


28

II.11.- Materiales y lubricación de los dados.

Materiales de los dados. La mayor parte de las operaciones de forjado, en especial para

piezas grandes, se hacen a altas temperaturas. En consecuencia, los requerimientos generales

para los materiales del dado son: resistencia y tenacidad a temperaturas elevadas; capacidad de

endurecimiento y de endurecerse uniformemente; resistencia al choque térmico y mecánico; y

resistencia al desgaste, en especial al desgaste abrasivo, por la presencia de cascarilla en la

forja en caliente.

La selección de los materiales adecuados para los dados depende de factores tales como su

tamaño, la composición y las propiedades de la pieza, la complejidad de la forma, la

temperatura de forjado, el tipo de operación de forjado, el costo de los materiales del dado y la

cantidad requerida de forjas. Además, un factor importante es la transferencia de calor de la

pieza caliente a los dados, con la consiguiente distorsión de éstos.

Los materiales comunes en los dados son los aceros de herramienta y para dados, que

contienen cromo, níquel, molibdeno y vanadio. Los dados se fabrican a partir de bloques, que

a su vez se forjan a partir de fundición, y después se maquinan y terminan a la forma y

acabado superficial deseados [Kalpakjian & Schmid, 2002].

Lubricación. Los lubricantes influyen mucho sobre la fricción y el desgaste, y por

consiguiente sobre las fuerzas requeridas y el flujo del metal en las cavidades.

También pueden actuar como barrera térmica entre la pieza caliente y los dados relativamente

fríos, disminuyendo la velocidad de enfriamiento de la pieza y mejorando el flujo del metal.

Otro papel importante del lubricante es servir como agente de desprendimiento, esto es

inhibiendo que la pieza forjada se pegue a los dados y ayudando en el desprendimiento.

En el forjado se puede usar una gran variedad de lubricantes. Para una forja en caliente se

emplean grafito, bisulfuro de molibdeno y a veces vidrio. Para la forja en frío, los lubricantes

comunes son aceites minerales y jabones, aplicados después del recubrimiento de conversión

de las piezas brutas. En la forja en caliente, se suele aplicar el lubricante directamente a los

dados; en la forja en frío se aplica a la pieza.

Capítulo II


29

II.12.- Forjabilidad.

La forjabilidad se define como la capacidad de un material de sobrellevar una deformación sin

romperse. Para cuantificarla se han desarrollado varias pruebas, aunque ninguna se acepta de

forma universal. Una prueba que se aplica con frecuencia es comprimir un espécimen

cilíndrico sólido y observar si hay agrietamiento en las superficies abarriladas; mientras mayor

sea la deformación antes del agrietamiento, mayor será la forjabilidad del metal.

Se pueden hacer pruebas de compresión a diversas temperaturas y velocidades de

deformación. Si la sensibilidad del material a la muesca es grande, los defectos superficiales

afectarán a los resultados, al causar agrietamiento prematuro. Un defecto superficial

característico es la fisura, que puede ser una hile de inclusiones, una rayadura longitudinal o

pliegues introducidos antes de trabajar el material.

En la prueba de torsión en caliente, una probeta redonda se tuerce en forma continua y en la

misma dirección, hasta que falla. La prueba se hace en varios especímenes o probetas a

distintas temperaturas, y se observa la cantidad de vueltas que soportan sin fallar. A

continuación, se escoge la temperatura óptima de forjado. Esta prueba tiene utilidad especial

para seleccionar aceros.

Debido a las diferencias de ductilidad a distintas temperaturas, es más difícil forjar aleaciones

bifásicas (como las de titanio) que las de una fase, y requieren una selección y control

cuidadosos de la temperatura de forjado.

Defectos en los materiales forjados. Además del agrietamiento superficial durante el forjado,

pueden desarrollarse otros defectos como resultado del flujo del material en la matriz. Si hay

volumen insuficiente del material y no se llena la cavidad del dado, el alma puede torcerse

durante el forjado y producir pliegues.

Por otra parte, si el alma es gruesa, el exceso de material fluye por las piezas ya formadas de la

forja y produce grietas internas.

Los diversos radios en la cavidad del dado de forja pueden influenciar significativamente la

formación de dichos defectos. Los defectos internos pueden desarrollarse también a partir de

Capítulo II


30

la deformación no uniforme del material en la cavidad, por gradientes de temperatura a través

de la pieza durante el forjado, y por los cambios microestructurales causados por

transformaciones de fase.

Aunque podrá no considerarse como imperfección, otro aspecto importante de la calidad en

una forja es el patrón de flujo de grano. Hay casos en los que las líneas de flujo llegan

perpendicularmente a una superficie, descubriendo los límites de grano directamente al

ambiente. Esta condición se llama de granos finales. En servicio estos granos finales pueden

ser atacados por el ambiente, producir una superficie rugosa y funcionar como concentradores

de esfuerzos.

II.13.- Máquinas de forjado.

Se usa una diversidad de máquinas de forjado, con distintas capacidades, velocidades y

características de carrera. Estas máquinas se clasifican, en general, en prensas y en martillos o

martinetes.

II.13.1.- Prensas.

Prensas hidráulicas. Estas prensas funcionan a velocidad constante y están limitadas por la

carga: la prensa se detiene si la carga requerida es mayor que su capacidad. Se transfiere una

gran cantidad de energía a la pieza, mediante una carga constante durante una carrera, cuya

velocidad se puede controlar.

Como el forjado en prensa hidráulica tarda más que en otros tipos de máquina para forjar, la

pieza se puede enfriar con rapidez, a menos que se calienten los dados. En comparación con

las prensas mecánicas, las hidráulicas son más lentas e implican mayor costo inicial, pero

requieren menos mantenimiento.

Una prensa hidráulica consiste, normalmente, en un marco de carga con dos a cuatro

columnas, pistones, cilindros, arietes y bombas hidráulicas impulsadas por motores eléctricos.

Se puede variar la velocidad del ariete durante la carrera (Figura II.8a).

Las capacidades de prensado llegan hasta 125 MN para forja con dado abierto, y hasta 450

MN en Estados Unidos, 640 MN en Francia y 730 MN en Rusia para forja con dado cerrado.

Capítulo II


31

Prensas mecánicas. Estas prensas son, fundamentalmente, de manivela o de excéntrica

(Figura II.8b). Su velocidad varía desde un máximo en el centro de la carrera hasta cero en su

término, por lo que están limitadas por la carrera. En una prensa mecánica se genera la energía

mediante un gran volante, accionado por un motor eléctrico. Un embrague se acopla al volante

con un eje excéntrico, mientras que una biela transforma el movimiento reciprocante en

movimiento lineal alternativo. En la (Figura II.8) se muestra una prensa mecánica de rotulo.

La fuerza disponible en una prensa mecánica depende de la posición en la carrera; es muy alta

en el punto muerto inferior. Por eso, es esencial la preparación adecuada, para evitar que se

rompan los dados o las piezas del equipo.

Las prensas mecánicas tienen grandes capacidades de producción, son fáciles de automatizar y

requieren menos habilidad por parte del operador que otros tipos de máquinas forjadoras.

Prensas de tornillo. Estas prensas obtienen su energía de un volante, por lo que son de

energía limitada. La carga de forjado se transmite mediante un tornillo vertical y el ariete se

para cuándo se disipa la energía del volante. Si no se cierran los dados al final del ciclo, se

repite la operación hasta que se termina el forjado (Figura II.8d).

Las prensas de tornillo se usan con distintas operaciones de forjado con dado abierto y con

dado cerrado. Se adaptan en particular para pequeñas producciones y para piezas de precisión,

como por ejemplo los álabes de turbina.

Capítulo II


32

Figura II.8. Esquema de los principios de distintas máquinas forjadas. (a) Prensa hidráulica.

b) Prensa mecánica con accionamiento excéntrico; el eje excéntrico se puede reemplazar por

un cigüeñal, para producir movimiento vertical del ariete. (c) Prensa de rótulo. (d) Prensa de

tornillo (comúnmente conocida como prensa de husillo. (e) Martillo de gravedad.

II.13.2.- Martinetes.

Los martinetes obtienen su energía de la energía potencial del ariete, que se convierte en

energía cinética; por consiguiente, están limitadas por la energía (Figura II.8e).

A diferencia de las prensas hidráulicas, los martinetes trabajan con grandes velocidades, y el

tiempo de conformado minimiza el enfriamiento de la forjadura caliente. Las bajas

velocidades de enfriamiento permiten forjar formas complicadas, en especial las que tienen

oquedades delgadas y profundas. Para completar el forjado, se suelen dar varios golpes

sucesivos en el mismo dado. Los martinetes pueden tener varios diseños; son los más

versátiles y menos costosos de entre los equipos de forjado.

Capítulo II


33

Martinetes de gravedad. En la operación de este martillo, proceso que se conoce como forja

por gravedad, la energía se obtiene de la caída libre del ariete. La energía disponible en el

martinete es el producto del peso del ariete por su altura de caída. Los pesos de pilón van de

180 a 4500 kilogramos y las capacidades de energía llegan hasta los 120 kJ.

Martinete accionado por energía. En estas máquinas, la carrera del ariete hacia abajo se

acelera con vapor, aire o presión hidráulica, a unos 750 kPa. El peso del ariete va de 225 hasta

22500 kg, y las capacidades de energía son de hasta 1150 kJ.

Martinetes de contragolpe. Este martinete tiene dos arietes que se acercan entre sí, en forma

simultánea, en dirección horizontal o vertical, para forjar la pieza. Como en las operaciones de

forjado con dado abierto, la pieza se puede girar entre golpe y golpe, para conformarla bien

durante el forjado. Los martinetes de contragolpe trabajan a grandes velocidades y transmiten

menos vibración a sus cimientos. Sus capacidades llegan hasta 1200 kJ.

Martinetes de gran potencia. En una máquina de gran potencia, el ariete se acelera mediante

un gas inerte a alta presión, y la pieza se forja en un golpe a muy alta velocidad. Aunque hay

diversos tipos de estas máquinas, existen varios problemas relacionados con su

funcionamiento y mantenimiento, y con consideraciones de seguridad y de fractura de dados,

que han limitado su uso en plantas actuales de forjado.

II.14.- Fallos en los dados.

Los fallos y defectos en los dados en las operaciones de manufactura se deben, en general, a

una o más de las causas siguientes: diseño inadecuado; defectos del material; tratamiento

térmico y operaciones de acabado inadecuados; sobrecalentamiento y agrietamiento térmico;

desgaste excesivo; sobrepeso (carga); mal uso; y manejo inadecuado. A continuación se

describen algunos de estos factores [Kalpakjian & Schmid, 2002].

El diseño adecuado de los dados es tan importante como la adecuada selección de sus

materiales. Para resistir las fuerzas en los procesos de manufactura, un dado debe tener

secciones transversales y holguras adecuadas. Las esquinas agudas, los radios y los biseles, así

como los cambios abruptos en la sección transversal, funcionan como concentradores de

Capítulo II


34

esfuerzos y pueden tener efectos negativos sobre la vida del dado. Los dados se pueden hacer

en segmentos y pretensarse durante el ensamblado para mejorar su resistencia.

El manejo, instalación, ensamblaje y alineamiento adecuado de los dados son esenciales. La

sobrecarga de herramientas y dados puede causar fallos prematuros. Por ejemplo, una causa

común de fallo de los dados para extrusión en frío es que el operador de un robot no quite una

pieza formada con el dado antes de cargarla con otra pieza bruta.

A pesar de su dureza y resistencia a la abrasión, materiales para dado tales como los carburos

y el diamante son susceptibles al agrietamiento y el rebabeo debido a fuerzas de impacto, o

por esfuerzos térmicos causados por gradientes de temperatura en el interior. Hasta los fluidos

de trabajo pueden afectar negativamente a los materiales para herramienta y dado. Por

ejemplo, los aditivos con azufre y cloro en los lubricantes y enfriadores pueden lixiviar el

aglutinante de cobalto en el carburo de tungsteno y disminuir así su resistencia y tenacidad.

Aun cuando se fabriquen en forma correcta, los dados se someten a grandes esfuerzos y altas

temperaturas durante su empleo, factores éstos que pueden causar desgaste y, en consecuencia,

cambios de forma. El desgaste de los dados es importante, porque cuando cambia su forma, las

piezas producidas, a su vez, tendrán dimensiones incorrectas.

Durante su empleo, los dados también pueden sufrir agrietamiento térmico, debido a ciclos

térmicos, en especial en la fundición en dados. Para reducir el agrietamiento térmico y la

rotura eventual en operaciones de trabajo en caliente, se suelen precalentar los dados a

temperaturas entre 1500 y 2500°. Los dados agrietados o desgastados se pueden reparar con

técnicas de soldadura y de depósito de metal. Por último, se pueden diseñar y fabricar dados

con insertos que se puedan reemplazar cuando se desgasten o se agrieten.

II.15.- La economía del forjado.

La relación entre el costo del material y el costo total de forjar la pieza aumenta con el peso

del material forjado; mientras más costoso sea el material, la relación de su costo con respecto

al costo total será mayor. Como se deben fabricar dados y se deben efectuar las operaciones de

forjado independientemente del tamaño de la pieza, el costo de los dados y de la operación de

Capítulo II


35

forjado en relación con el costo del material es grande para piezas pequeñas y, a la inversa, los

costos de material son relativamente bajos.

A medida que aumenta el tamaño de la pieza, también aumenta la fracción de costo de

material respecto al costo total, pero con una rapidez menor. Esto se debe, en primer lugar, a

que el aumento paulatino en el costo de los dados es relativamente pequeño; en segundo lugar,

a que la maquinaria y las operaciones que intervienen son casi iguales e independientes del

tamaño de la pieza; y en tercer lugar, a que la cantidad de mano de obra por pieza no aumenta

tanto. El costo total de una operación de forjado no viene incluido de forma significativa por el

tipo de materiales que se forjan.

En general, los costos de mano de obra del forjado son moderados; se han reducido en forma

apreciable mediante operaciones automatizadas y controladas por computadora. El

diseño y la fabricación de los dados se realizan actualmente mediante técnicas de

diseño y manufactura asistidas por computadora, que producen ahorros importantes de

tiempo y de esfuerzo [Kalpakjian & Schmid, 2002].

IV.25.- Sumario.

En este capítulo se desarrollaron los diferentes procesos para la deformación de la lámina,

esto con el fin de conocer los procesos que se utilizan actualmente en la industria automotriz

así como en las diferentes industrias que realizan procesos de deformación de materiales.

La aplicación de los conceptos mostrados en el presente capitulo son utilizados en la industria

para elevar la productividad y lograr una alta eficiencia en un proceso de manufactura.

CAPÍTULO III

IMPLEMENTACIÓN DE

LA LÍNEA DE PRENSAS

Capítulo III


36

III.1.- Generalidades.

En este capítulo se describe el conjunto detallado de la planta de estampado, por lo que se

plantea el diseño y la distribución de las máquinas dentro de la planta de estampado, la

distribución de los lugares de trabajo, el diseño de las áreas de la planta, así como es

fundamental analizar la distribución de los equipos involucrados por lo que es importante

describir paso a paso las operaciones, los procesos, técnicas y condiciones generales

requeridas para la instalación en este caso de una línea de prensas hidráulicas de alta

tecnología, así como de alto desempeño dentro de una nave industrial en una planta

automotriz. La forma de presentar esta distribución puede consistir en dibujos bidimensionales

realizados con ayuda de la computadora y fotografías ilustrativas de las operaciones.

Las líneas de prensa hidráulica se aplican preferentemente a la fabricación de un espectro

amplio de piezas para lotes pequeños y medios. Según las operaciones de estampado, las

líneas constan de cuatro a seis prensas individuales. Desde la plancha hasta la pieza acabada,

el proceso de producción discurre de forma totalmente automática. Para ello se usan los robots

convencionales o los robots alimentadores (Crossbar) (Tal como se muestra en la Figura III.1).

El mando y la visualización de las líneas de prensa hidráulicas ofrecen al operario de la línea

un manejo homogéneo y confortable, un diagnóstico eficaz y una gestión clara de todos los

datos del proceso y de la matriz para todas las prensas y sistemas automatizados.

Figura III.1. Robots Alimentadores (Crossbar).

Capítulo III


37

III.2.- Planeación de la instalación de la línea de prensas.

III.2.1.- Diseño de la distribución de la planta.

El plano de distribución detallada de las áreas productivas, es la ordenación final del área

donde estarán señalados los espacios requeridos para la maquinaria y equipo, de acuerdo al

patrón o flujo del proceso. A medida que cada área se analizada, su ordenación dependerá de

las áreas adyacentes, por lo cual al momento de distribuir, se debe seguir en lo posible la

secuencia del flujo entre áreas. La decisión final en cuanto a la distribución detallada de un

área, no será tomada, por tanto, hasta que hayan sido analizadas las áreas adyacentes. De igual

forma el diseño de cada área determinada supondrá una vinculación con el diagrama general

de conjunto, retroalimentado al mismo respectivamente.

III.2.2.- Máquinas.

La maquinaria constituye un factor importante al momento de la distribución. La forma de las

máquinas (larga, estrecha, circular, etc.) afecta su ordenación y relación con otra maquinaria.

Además de las dimensiones, se debe tomar nota de detalles particulares de cada máquina como

partes que sobresalgan, puertas que se abran, partes que se puedan desacoplar para su uso,

condiciones que las puedan dañar o condiciones que imposibiliten a otras máquinas situarse

cerca [Martín Muñoz Cabanillas, 2004].

La altura es también importante, por lo general dictará la altura mínima del techo y podrá

limitar las áreas en las que sea posible instalar cierto equipo que sea particularmente alto. En

cuanto al peso, esta característica influirá en la condición de resistencia que debe tener el piso;

máquina muy pesada requerirán posiblemente el uso del sótano o por lo menos la primera

planta, para ser instaladas [Martín Muñoz Cabanillas, 2004].

En general, se debe procurar siempre:

1. Ordenar las máquinas y en especial las más utilizadas con vistas al máximo

aprovechamiento de la luz natural.

2. Ordenar las máquinas de trabajo pesado en un área cercana al acceso del material con

el cual trabajarán y de una manera en que se facilite que estás sean atendidas por

equipo especial de transporte.

Capítulo III


38

3. Ordenar todas las máquinas de forma que exista suficiente superficie de suelo, para el

operario y para el mantenimiento.

4. Todas las máquinas deberán estar niveladas y fijadas al suelo.

5. Los interruptores de control de las máquinas deberán situarse allí donde exista menos

peligro de confusión.

6. El panel de control principal que desconecta la fuerza, deberá ser accesible fácilmente

y estar señalizado de modo sencillo y comprensible, ya que su accionamiento debe ser

comprendido por todos los operarios.

III.2.3.- Evaluación de la superficie necesaria para instalación de la línea de prensas.

Para el cálculo de la superficie necesaria en cada una de las prensas y zonas de trabajo de la

planta de estampado se emplea el método Guerchet [Mhuter, Richard, 1982]. Éste método

establece tres tipos de superficie, que sumandos da la superficie total requerida en una zona de

trabajo o una máquina.

Estas superficies son:

• Superficie estática, Ses: es la superficie productiva, es decir, la que ocupa físicamente

la maquinaria, el mobiliario y las demás instalaciones.

• Superficie gravitatoria, Sg: se trata de la superficie utilizada por los operarios que

están trabajando y por la materia que está procesándose en un puesto de trabajo. Ésta

se obtiene multiplicando la superficie estática por el número de lados (n) de ésta que

deban estar operativos, es decir, por los que se utilizará la máquina siendo:

Sg = Ses × n

• Superficie de evolución, Sev: contempla la superficie necesaria a reservar entre

diferentes puestos de trabajo para el movimiento del personal y del material y sus

medios de transporte. Se obtiene como suma de la superficie estática más la de

gravitación afectada por un coeficiente (k). Este coeficiente variará en función de la

proporción entre el volumen del material (y personal) que se esté moviendo entre los

Capítulo III


39

puestos de trabajo y el tamaño de las máquinas de dichos puestos. (Dado que, k =

coeficiente de evolución, se tomará k = 2). De acuerdo con lo expuesto:

Sev = (Ses + Sg) × k

Así pues, teniendo en cuenta los tres tipos de superficie considerados, la superficie total St que

debe destinarse por puesto de trabajo vendrá dada por:

ST = Ses + Sg + Sev = Ses + (Ses × n) + [(Ses + Sg) × k]

ST = Ses + (Ses × n) + [(Ses + (Ses × n)) × k]

ST = Ses × [1 + n + k + (n × k)]

En la siguiente tabla se observan los resultados de las superficies necesarias para cada recinto.

Tabla III.1. Superficies mínimas.

SES (m2) N SG (m2) K SEV (m2) ST (m2) R SR (m2)

PRENSA NÚMERO 1 DE 2500 TONELADAS 109.2 2 218.4 2 655.2 982.8 1 982.8





FRONT OF LINE 295.7 2 591.4 2 1774.08 2661.12 1 2661.1

END OF LINE 36.81 6 220.8 2 515.3036 772.9554 1 773.0

8,348

SUPERFICIES NECESARIAS PARA LAS PRENSASMÁQUINAS

SUPERFICIE TOTAL (m2)

En estos 8,348 m2 aproximadamente se engloban varias zonas calculadas como son; Línea de

Prensas, Front of Line, End of Line, Área de la zona del taller de mantenimiento.

Además hay que tener en cuenta que la zona de trabajo de los montacargas también pertenece

al área de estampado calculada en la evaluación de la superficie necesaria, dado que se trata de

una superficie de evolución designada a reservar un espacio necesario para el movimiento de

personal, material y sus medios de transportes.

En cuanto al almacén de materia prima, estará formado por una superficie de 92 m2, dividido

en dos almacenes de 46 m2, situados a ambos lados de la zona de carga y descarga, tomando

Capítulo III


40

como referencia para esta superficie, las dimensiones de las barras y la cantidad de stock

planificado, el material se dispondrá en racks de varios niveles diseñadas para tal fin.

Para el almacén de productos terminados, se dispondrá de una superficie de 150 m2, en la cual

estarán ubicadas las láminas estampadas a la espera de ser enviadas al siguiente proceso de

ensamble.

III.2.4.- Planos de las áreas de la línea de prensas.

Los planos de las áreas de la línea de prensas, que se muestran a continuación, son el resultado

de todo el proceso de análisis y diseño visto hasta ahora. Como se vio en este capítulo, esta

área tiene una ubicación relativa de proximidad con respecto al área de la línea de estampado,

Frente de Línea (Front of Line) y Final de Línea (End of Line).

Las máquinas de la línea de estampado han sido dispuestas formando una línea de estampado,

ya que el flujo del proceso viene dado de izquierda a derecha, empezando desde el frente de

línea (front of line), donde se realiza el lavado y lubricado de las láminas que ingresa al área,

siguiendo en las parte central con las prensas, estampando la lámina a la forma requerida; y

terminando en el final de línea (end of line) donde se realiza la inspección y se acomoda en

racks para que pase al almacén de producto terminado.

Los planos que se muestran a continuación se observan las áreas definidas y calculadas para

los equipos que componen la línea de prensas:

• Línea de Prensa (Figura III.2).

• Frente de Línea (Front of Line) (Figura III.3).

• Final de Línea (End of Line) (Figura III.4).

Capítulo III


41

Figura III.2. Se muestra el Plano de la línea de prensas.

Capítulo III


42

Figura III.3. Se muestra el Plano del Frente de Línea (Front of Line).

Capítulo III


43

Figura III.4. Se muestra el Plano del Final de Línea (End of Line).

Capítulo III


44

III.3.- Instalación de la línea de prensas.

III.3.1 Proceso de Instalación.

El siguiente diagrama de flujo se observa el proceso de instalación de la línea de prensas de

estampado. (El anexo Número 1 se muestra el proceso de instalación de la prensa

elaborado por el fabricante del se desarrollaron los diagramas de flujo).

Diagrama de Flujo del proceso de instalación de la línea líneas de Prensas de Estampado.

En este diagrama de flujo se describe el proceso completo para la instalación de la línea de

prensas de estampado, el cual se desarrolló a partir de la información proporcionada por el

fabricante de las prensas.

Capítulo III


45

Diagramas de Flujo del proceso de instalación de las Prensas 1, 2, 3, 4 y 5. En estos

diagramas de flujo se describe el proceso paso a paso para la instalación de las Prensa 1,2, 3, 4

y 5, el cual se desarrolló a partir de la información proporcionada por el fabricante de las

prensas.

Capítulo III


46

Diagramas de Flujo del proceso de instalación de las Prensas 1, 2, 3, 4 y 5

(Continuación).

Capítulo III


47

La línea de prensas hidráulica básicamente se compone de 3 partes (Tal como se muestra en la

Figura III.5).

• Frente de Línea (Front of Line).

• Línea de Prensas (Pressen Line).

• Final de Línea (End of Line).

Figura III.5. Componentes de la línea de prensas.

Esta línea de prensas se instaló en 22 semanas (Tal como se muestra en la Tabla III.2). En

estas 22 semanas se realizó la instalación Mecánica, Eléctrica, Hidráulica así como la

instalación del Frente de Línea y Final de línea (End Of Line y Front Of Line).

Tabla III.2.- Programa de instalación de la línea de prensas.

4 11 18 25 1 6 15 22 1 8 15 22 29 5 12 19 26 3 10 17 24 31 7 14 21 28 5 12 19 26 2 9 16 23 30 6 13 20 27Actividades 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39Facilidades XPrensas XTryout de Prensas XFresadora de 5 Ejes XCuarto de Herramientas XGrúa (60-20) XCrane (60-20) XGrúa (Gripper) X

InstalaciónInstalación

InstalaciónCompleto

Construcción

EmbarqueEmbarque

Embarque

ConstrucciónConstrucción

Construcción

Septiembre2009

ConstrucciónEmbarque Instalación y Tryout

Mayo Junio Julio AgostoEnero Febrero Marzo Abril

Capítulo III


48

III.3.2.- Posicionamiento y apertura de Cajas de madera donde se encuentran las partes

de la presa así como las partes del Portal (Gantry).

Para iniciar el proceso de instalación de las prensas se aseguraron las cajas de madera que se

transportaron las partes de la Prensa y Portal (Gantry). Se colocaron en el área de troqueles

dentro la planta de estampado (Como se muestra en la Figura III.6 y II.7).

Figura III.6. Posicionamiento y apertura de Cajas de madera.

Figura III.7. Grúa de estampado utilizada para posicionar plataforma de tijera.

Una vez asegurada la plataforma se posicionó para la colocación de las placas de 200x300mm

sobre los pilares de concreto, ya en su posición, se colocaron las placas que están dentro de la

plataforma sobre el pilar de concreto (operación que se realizó en cada uno de los pilares de

concreto que se encuentran dentro de la fosa de estampado).

III.3.3.- Instalación del Portal (Gantry).

Se recibieron y descargaron los pisos de madera para la instalación del Portal (Gantry) así

como las cajas donde se encontraban las partes más pesadas. Las partes pequeñas (Piso de

Capítulo III


49

madera, Rieles, Vigas, extensiones con soportes, Unidades Hidráulicas, Cilindros de

levante, gancho de grúa) fueron descargadas por medio de la grúa de estampado de 60

Toneladas (Como se muestra en la figura III.8) al cual se le colocó un gancho certificado para

la carga de equipo pesado y se usaron las eslingas de nylon que tenían una capacidad de carga

de 4 Toneladas.

Figura III.8. Grúa de estampado con capacidad de 60 Toneladas.

Los pisos de madera se distribuyeron en posición horizontal uno enseguida de otro, esto se

realizó en cada lado de la fosa de estampado (lado norte y lado sur), alineando las extensiones

de los rieles. Una vez ubicados los rieles en la posición correcta, se unieron por medio de 8

tornillos. Cada riel tuvo una medida de 36 metros, para verificarlo, se midió la distancia total

de cada riele con un flexómetro (Como se muestra en la figura III.9).

Figura III.9. Rieles alineados en posición correcta.

Posteriormente, se colocaron cuatro juegos de columnas sobre los rieles, posicionando el

cilindro sobre el juego de columnas, instalando dos cilindros en un extremo de la fosa lado

norte y dos en el otro lado de la fosa lado sur, tal como se muestra en la figura III.10.

Capítulo III


50

Figura III.10. Cilindros en posición.

Para el ensamble de vigas de extensión sobre dos de los cuatro cilindros, se aseguraran estos

con Sujetadores (Clamps). Esta operación se realiza 2 veces ya que se ensamblan 2 vigas de

extensión (Como se muestra en la figura III.11).

Figura III.11. Vigas de extensión en posición.

Ya que las vigas de extensión se encontraron en posición se realizó la conexión hidráulica del

Portal (Gantry). Se conectaron las mangueras de alta presión de los cilindros de levantamiento

a las unidades de control (Como se muestra en la figura III.12). Una vez que se realizaron las

conexiones se llenaron los depósitos de combustible con diesel.

Capítulo III


51

Figura III.12. Unidad de control del Portal (Gantry).

III.3.4.- Colocación y centrado de camas.

Una vez que las camas se encontraron en planta, como se muestra en la figura III.13, se

colocaron unas bases de acero en las cuatro esquinas por de debajo de la cama (estos se usara

por seguridad por si llegara a caer la cama). Que tendrán contacto con los pilares de concreto

que se encuentran dentro de la fosa.

Figura III.13. Cama cargada con el portal (gantry).

Ya que los puntos de apoyo de la cama se limpiaron, los técnicos colocaron los tornillos de

sujeción en el punto de apoyo (Esto lo realizo en los 4 puntos de apoyo de la cama) (Como se

muestra en la figura III.14).

Capítulo III


52

Figura III.14. Puntos de apoyo de la cama.

Una vez que se terminaron los trabajos con la cama. El Portal (Gantry) levantó la cama y la

posicionó sobre cuatro columnas de concreto que se encuentran dentro de la fosa. Ya que las

camas fueron colocadas sobre las columnas, se verificó el centro de la cama con respecto al

centro de la fosa (como se muestra en la figura III.15).

Figura III.15. Alineación y nivelación de camas 1, 2, 3, 4 y 5 colocada.

Ya que las camas se encontraron alineadas y niveladas se colocó cimbra y se realizó el vaciado

de mezcla de Grout de alta fluidez autonivelante con espesor variable para anclaje y

nivelación de placa base (Como se muestra en la figura III.16).

Capítulo III


53

Figura III.16. Cimbra y vaciado de mezcla de Grout.

III.3.5.- Montaje y conexión de canales para cables y canales de desperdicio.

Se montaron los canales de cables, canales de desperdicio y paneles de válvulas, se aseguró el

canal de cables a la grúa de estampado con eslingas, se conectó un soporte para el canal de

cables que se sujeta con 4 tornillos (Como se muestra en la figura III.17).

Figura III.17. C anales para cables atornillados en su posición.

Se guiaron los canales de desperdicio a su posición de montaje que es por debajo de la cama.

Una vez que el canal se encuentra en su posición se atornillaron el canal a la parte inferior de

la cama con 16 tornillos con el uso de herramienta especializada para esta operación (Como se


Capítulo III


54

Figura III.18. C anales de desperdicio atornillados en su posición.

Para el montaje de los canales de desperdicio en la parte superior, se retiraron las tapas de

Madera que protegen los canales de desperdicio de la cama (Se encuentran en los costados de

la cama), una vez retiradas las tapas de madera, se movieron a su posición de instalación las

entradas de los canales de desperdicio y se aseguraron con 5 tornillos.

Una vez montados los canales de desperdicio se colocaron unas tapas de acero las cuales se

fijaron en los costados con 6 tornillos (Como se muestra en la figura III.19).

Figura III.19. Colocado de tapas de acero en la base de la cama de.

III.3.6.- Ensamble de tirantes y columnas.

Se retiraron las tuercas de los tirantes manualmente y después se limpiaron con desengrasante

los tirantes, enseguida se colocó un plástico protector en la rosca del tirante, al terminar se

colocó una argolla de carga al extremo superior del tirante y se aseguraron con las eslingas al

Capítulo III


55

gancho de la grúa de la planta de estampado.

Una vez limpios los tirantes, se realizó el posicionamiento de los tirantes en la cama, cuando el

tirante estuvo sobre la cama de la prensa, se centró el tirante en el barreno de la cama.

Ya que los tirantes se encuentran posicionados en la cama se prepararon y limpiaron con

desengrasante las columnas, se posicionó la columna a través de los tirantes (como se muestra

en la figura III.20).

Figura III.20. Posicionamiento de las columnas a través de los tirantes.

Una vez que las columnas se encontraron posicionadas sobre los tirantes se realizó la

colocación de cuatro soportes sobre la base a través del tirante (como se muestra en la figura

III.21).

Figura III.21. Colocación de cuatro soportes sobre la base.

Capítulo III


56

III.3.7.- Ensamble y posicionamiento Émbolo (Martelo) en prensas 2, 3, 4 y 5.

Primero se realiza la preparación y limpieza del martillo, se cortó el plástico protector del

martillo, después se limpió el martillo por completo con desengrasante (Como se muestra en la

figura III.22).

Figura III.22. Preparación y limpieza de los émbolos (martelos) de la prensa.

Una vez que los émbolos se encontraron preparados y limpios se realizó el posicionamiento de

estos sobre los soportes de la cama de la prensa (Como se muestra en la figura III.23).

Figura III.23. Posicionamiento de émbolo (Martelo) sobre la cama.

III.3.8.- Ensamble de la transmisión de las coronas de Prensas 1, 2, 3, 4 y 5.

Primero se recibieron y descargaron las coronas así como sus partes que venían en cajas de

madera, algunas cajas de madera donde se encontraban las partes para instalar la corona fueron

descargadas por medio de la grúa de estampado de 60 (Tal como se muestra en la figura

III.24).

Capítulo III


57

Figura III.24. Descarga de coronas y sus partes.

Una vez que las cajas fueron descargadas, se abrieron.

En el área donde se ensamblaron las coronas se colocaron bases de madera sobre el piso de la

planta de estampado, después se colocaron pedestales de acero sobre las bases de madera

(como se muestra en la figura III.25).

Figura III.25. Pedestales sobre las bases de madera.

Una vez que los pedestales se encontraron sobre los pisos de madera, se colocó la corona

sobre los pedestales de acero, enseguida se nivelaron las bases de madera que soportan los

pedestales colocando lainas de metal por debajo de la corona (como se muestra en la figura

III.26).

Capítulo III


58

Figura III.26. Corona sobre los pedestales.

Una vez que la corona se entró sobre los pedestales se realizó el ensamble de plataformas y

pasamanos para esta actividad, se colocaron 2 soportes en una cara de la corona y 2 soportes

en el otro lado de la cara y se atornillaron con 4 tornillos cada soporte, ya que estuvieron

atornillados los soportes se colocó una plataforma con rieles que se atornillaron con 20

tornillos a la corona y 4 tornillos para asegurarlo al soporte (como se muestra en la figura

III.27).

Figura III.27. Corona con plataformas y pasamanos.

Después se posicionaron los acumuladores de aire (Tanques) sobre los coronas y se

aseguraron con tornillos (como se muestra en la figura III.28).

Capítulo III


59

Figura III.28. Ensamble de acumuladores de aire (Tanques).

Antes de colocar el eje de engranes excéntrico en la corona se desmonto la tubería hidráulica y

tapa de corona (como se muestra en la figura III.29).

Figura III.29. Desmontaje de tubería hidráulica y tapa de corona

Primero se realizó la preparación de los engranes excéntricos (izquierdo y derecho), se cortó el

plástico protector y se limpiaron con desengrasante los engranes excéntricos (como se muestra

en la figura III.30).

Capítulo III


60

Figura III.30. Preparación de los engranes excéntricos.

Una vez que los engranes excéntricos se encontraron listos se realizó la preparación e

instalación de los ejes y engranes excéntricos, se colocaron en dos vigas de madera y se

limpiaron con desengrasante como se muestra en la figura III.31).

Figura III.31. Preparación de ejes y engranes excéntricos.

III.3.9.- Ensamble de engrane excéntrico (izquierdo y derecho).

Una vez limpios los ejes y los engranes excéntricos se colocaron dentro de la corona (como se


Capítulo III


61

Figura III.32. Instalación de ejes de engranes excéntricos.

Una vez dentro de la corona se revisó la alineación con una regla de acero, ya que el eje

estuvo alineado y en su posición, en un lado del eje se colocaron dos chavetas (como se


Figura III.33. Alineación de los ejes de engranes excéntricos.

Para la preparación de los ejes y de engranes helicoidales, se cortó el plástico protector y se

limpiaron con desengrasante (como se muestra en la figura III.34).

Capítulo III


62

Figura III.34. Preparación de ejes y engranes helicoidales.

Ya que los ejes y engranes helicoidales estuvieron listos, se ensamblaron los engranes

helicoidales (izquierdo y derecho) para esta actividad se alinearon los engranes helicoidales

con las marcas que tienen los dientes de los engranes, ya que los primeros dientes del engrane

estaban en su posición se movió el engrane para alinear las marcas de los siguientes dientes.

En el ensamble de los cuatro ejes de transmisión de enlace (link drive shafts) que se

encontraban dentro de la corona, se alinearon manualmente el ejes de transmisión de enlace el

cual entró en un eje que atravesaba la corona y los ejes de transmisión de enlace, después lo

sujetaron en su posición y se le colocaron cuatro chavetas, dentro de la corona se aseguraron

con dos tornillos (como se muestra en la figura III.35).

Figura III.35. Ensamble de ejes y engranes helicoidales, los cuatro ejes de transmisión de

enlace (link drive shafts).

Capítulo III


63

III.3.10.- Ensamble y posicionamiento Corona en línea de prensa.

Con ayuda del portal (gantry) se posicionaron las coronas sobre las columnas de las prensas 2,

3, 4 y 5 (Como se muestra en la figura III.36).

Figura III.36. Posicionamiento de coronas sobre columnas de prensas 2, 3, 4 y 5.

Una vez que las coronas se encontraron sobre las columnas de las prensas 2, 3, 4 y 5, se subió

la tuerca a la parte superior de la corona, enseguida se retiró el plástico protector de la rosca

del tirante, después se limpió y se asentó con una piedra el área de contacto entre tuerca y la

corona, a continuación se colocó la tuerca sobre la corona, después se levantó el tirante y se

atornilló la tuerca al tirante de la prensa por la parte superior del tirante, enseguida dentro de la

fosa se colocó una tuerca por debajo del tirante y se atornillo hasta que el tirante estuvo

totalmente apretado por los dos extremos una en la parte superior del tirante y otra por la parte

inferior del tirante (Como se muestra en la figura III.37).

Figura III.37. Tirantes atornillados en prensas 2, 3, 4 y 5.

Para la preparación y montaje del volante de inercia, se limpió con un desengrasarte, ya que

estuvo limpio el volante se llevó a la corona y se instaló en la parte trasera de la prensa,

después se metieron las eslingas por unos huecos de carga y se levantó con eslingas, estrobos

o cadenas y se conectó al gancho de la grúa de estampado, enseguida de inserto en la flecha

Capítulo III


64

motriz de la parte trasera de la corona y por último se instaló una tapa la cual se atornillo con 8

tornillos (Esto se realizó una vez que instalo la corona sobre la prensa) (Como se muestra en la

figura III.38).

Figura III.38. Volante de inercia ya instalado en la corona de la prensa.

En el ensamble del embrague y freno se limpió con un desengrasaste, ya que estuvo limpio se

instaló en la flecha motriz delante del volante (Como se muestra en la figura III.39), hecho

esto se colocó una carcasa, cuñas y su tapa frontal, después se centró manualmente y se

aseguró con 10 tornillos.

Figura III.39. Embrague y Freno ensamblado en prensas.

En el ensamble de tolvas colectoras de aceite, se subieron las tolvas colectoras a la corona y

una vez arriba se fijaron con 20 tornillos de cada lado (Como se muestra en la figura III.40).

Figura III.40. Instalación de tolvas colectoras de aceite.

Capítulo III


65

A continuación se realizó la limpieza de la parte interior de esta con desengrasaste, una vez

limpio el interior de las coronas, se aseguró y atornilló la tubería, por último se colocaron las

tapas a la prensas (Como se muestra en la figura III.41).

Figura III.41. Limpieza interior de coronas, instalación de tubería y colocación de tapas.

Una vez que las prensas estuvieron listas se retiraron las columnas verdes tipo “I” del refuerzo

del piso de la fosa de estampado (Como se muestra en la figura III.42).

Figura III.42. Columnas verdes tipo “I” del refuerzo del piso de la fosa de estampado.

Capítulo III


66

Para la actividad de acoplamiento del émbolo, se conectó la caja eléctrica del émbolo a la

corriente eléctrica, una vez que estuvo conectada a la electricidad el punto de presión se

levantó al máximo, ya arriba se retiraran los pines del punto de presión, después entre la parte

superior de la cama y la parte inferior del émbolo se colocó un gato mecánico para subir el

émbolo hasta el punto de conexión entre hoyo del punto de presión y los puntos de conexión

de los brazos de la corona, enseguida se conectó el brazo y el punto de presión con el pin, una

vez que el émbolo estuvo conectado a la corona se subió el émbolo utilizando gatos mecánicos

hasta que los puntos de presión estuvieron nuevamente en su posición inicial, por último se

retiraron los soportes de acero y los gatos mecánicos (Como se muestra en la figura III.43).

Figura III.43. Acoplamiento del émbolo de las prensas 1, 2, 3, 4 y 5.

III.3.11.- Ajuste de paralelismo de émbolos.

Para el centrado del émbolo, se colocó una plomada de punto en los cuatro lados de la prensa,

después por debajo del émbolo se revisó de forma visual el centrado del émbolo con respecto

al cabezal móvil (Mobil Bolster) con la plomada de punto, esto se revisó en las cuatro caras

del émbolo.

Para los émbolos que no estaban centrado, se movió el émbolo desde las correderas para así

centrarlo, por último se revisó las plomadas de punto nuevamente para verificar que este

centrado (cuando el émbolo no estaba centrado, se repitió la operación de mover el émbolo

hasta que estuvo centrado) (Como se muestra en la figura III.44).

Capítulo III


67

Figura III.44. Centrado del émbolo con respecto del cabezal móvil (mobil bolster).

Para la actividad de revisión de paralelismo del émbolo en 180º, se revisó con el reloj

comparador colocándolo en los 4 puntos del émbolo, si el paralelismo no estuvo correcto, se

desacopló la transmisión del émbolo y manualmente se ajustó el paralelo del émbolo, una vez

ajustado se acoplo la transmisión al émbolo, enseguida se revisó nuevamente el paralelismo

con el reloj comparador colocándolo en los 4 puntos del émbolo (Como se muestra en la figura

III.46).

En la actividad del ajuste fino de la apertura de las correderas con el émbolo, se midió la

abertura de las guías con lainas en la parte superior de la prensa, después entre el émbolo y

Mobil Bolster se realizó la medida de la abertura entre las guías con ayuda de lainas (se dejó

30 milésimas (mínima 0,1 máxima 0,3)); para esto se midió la abertura en tres posiciones

diferentes del émbolo (90, 80 270 grados) (Como se muestra en la figura III.45).

Capítulo III


68

Figura III.45. Revisión de paralelismo del émbolo en 180º y ajuste fino de la apertura de las

correderas con el émbolo.

III.3.12.- Ensamble de rieles y pisos de prensas 1, 2, 3, 4 y 5.

Para la actividad del montaje de fajamiento alrededor de la base, se posicionaron las vigas tipo

“I” entre cada cama de las prensa, después se movieron los rieles hasta el área de la fosa

(Como se muestra en la figura III.46).

Figura III.46. Fajamiento alrededor de la base y rieles.

En la actividad del posicionamiento de los puentes con rieles (Como se muestra en la figura

III.47), se llevó el puente hasta el área de prensas, ya que el puente se encontraba entre la cama

y la fosa de estampado se colocaron 4 niveladores en los extremos para nivelar los rieles.

Capítulo III


69

Figura III.47. Posicionamiento de los puentes con rieles.

En la actividad del soldado de los ángulos de 500 mm en la superficie superior de la base de la

cama para soporte de las vigas Tipo “I”, se posiciono y soldó un ángulo sobre la viga tipo “I”,

después se cortó el ángulo que se encontraba en la cama para poder acoplar la viga contra la

pared y la cama de estampado, ya que terminó de cortar, posiciono la viga tipo “I” entre la

cama y la pared de la fosa de estampado, una vez que las vigas tipo “I” estuvieron soladas

(Como se muestra en la figura III.48), se realizó la colocación de pisos de madera entre la

orilla de la fosa y la cama de estampado y se fijaron con tornillos.

Figura III.48. Ángulos y Vigas Tipo “I” soldadas en prensa.

Se pintaron los pasillos, pisos, barandales y partes y estructura de la prensa que se encontraban

maltratados por la instalación (Como se muestra en la figura III.49).

Capítulo III


70

Figura III.49. Pintado de las prensas 1, 2, 3, 4 y 5.

III.3.13.- Instalación de los Brazos Alimentadores (Cross bar feeder).

En el montaje de los soportes del brazo alimentador (Cross bar feeder) superior, este se llevó

hasta un lado de las columnas en el lado trasero de la prensa, ya estando ahí se guio

manualmente el soporte hasta su posición de instalación y se fijó con 10 tornillos.

Para la actividad de fijación del accionamiento vertical del brazo alimentador (cross bar

fedder), se colocó este sobre el piso de la prensa y se guio manualmente la base a su posición

(Como se muestra en la figura III.50).

Figura III.50. Montaje de los soportes superior y accionamiento vertical del brazo

alimentador (cross bar fedder).

Capítulo III


71

Para la actividad del montaje de accionamiento vertical interior de las prensas, se llevó este

hasta un lado de las columnas en el lado trasero de la prensa y manualmente se guio hasta su

posición de instalación y se fijó el soporte inferior con 10 tornillos (Como se muestra en la

figura III.51).

Figura III.51. Montaje de accionamiento vertical interior de las prensas (Cross Bar Feeder).

En la instalación de escaleras para el acceso a las coronas, las escaleras se levantaron hasta su

posición de instalación a un lado de la prensa número 4 y se atornillo en la parte de superior de

la prensa (Como se muestra en la figura III.52).

Figura III.52. Instalación de escaleras para el acceso a las coronas.

Capítulo III


72

En la actividad de colado y cimbrado de grout en rieles de prensa se realizó la colocación de

cimbra frontera en corona de fosa que reciben los rieles a base de triplay de 19mm, enseguida

se realizó en vaciado de mezcla de grout de alta fluidez auto-nivelante espesor variable para

anclaje y nivelación de placa base (Como se muestra en la figura III.53).

Figura III.53. Colado y cimbrado de grout en rieles de prensa.

III.3.14.- Conexión eléctrica de línea de prensas.

En la siguiente tabla se muestran los datos técnicos del Consumo de Energía Eléctrica de la

línea de prensas y del control eléctrico de las mismas, este dato fue proporcionado por el

fabricante de las prensas.

Tabla III.3.- Datos técnicos del consumo de Energía Eléctrica.

Capítulo III


73

Primero se acercaron los gabinetes eléctricos al área de mezanines de la planta de estampado

que era a un lado de la fosa (Como se muestra en la figura III.54).

Figura III.54. Acercamiento de gabinetes eléctricos al área de mezanines.

Después se colocaron los gabinetes sobre el piso del mezanine y a continuación con ayuda de

garruchas se recorrió el gabinete eléctrico a su posición, finalmente se cortó el piso para el

paso de la canaleta que lleva los cables de poder y control (Como se muestra en la figura

III.55).

Figura III.55. Gabinetes colocados en mezanines.

Para la actividad del corte de cables eléctricos, primero se extendió el cable sobre un corredor

de la planta de estampado marcando las medidas en cable y cortándolo, después el cable se

marcó con una etiqueta en la punta, enseguida se acomodaron los cables sobre la charola

eléctrica.

En la conexión de cables eléctricos en tableros del mezanine, se conectaron los cables dentro

del gabinete eléctrico. En la conexión de cables eléctricos en tableros dentro de la fosa,

conectaron los cables dentro del gabinete eléctrico. En la conexión de cables eléctricos en

Capítulo III


74

tableros de las prensas, se conectó de los tableros eléctricos de la prensa hasta el gabinete

eléctrico.

En la conexión de cables eléctricos en tableros del Frente de Línea (Front of Line), se bajó el

cable del gabinete por las charolas hasta la fosa de estampado y finalmente se conectó el cable

dentro del gabinete eléctrico del equipo del Frente de Línea (Front of Line). Ya que todos los

cables se encontraron conectados de los gabinetes del mezanine al talero de control se subió el

interruptor para energizar los tableros de las prensas y Frente de Línea (Front of Line). (Como

se muestra en la figura III.56).

Figura III.56. Gabinetes en mezanines energizados.

III.3.15.- Arreglo de cableado en prensas.

En la actividad de arreglo de cableado en columnas de prensas, se sujetaron con cinchos

plásticos los cables de comunicación y poder de la prensa, enseguida se acomodaron los cables

dentro de las columnas de la prensa, esta actividad se repitió a lo largo de la columna desde la

parte superior hasta la parte inferior (Como se muestra en la figura III.57).

Capítulo III


75

Figura III.57. Arreglo de cableado en columnas de prensas.

Para el arreglo de cableado en charolas en el primer nivel fuera de la fosa, se sujetaron con

cinchos plásticos los cables de comunicación y de poder de la prensa para que finalmente

acomodara los cables a lo largo de toda la charola.

En el arreglo de cableado en charolas en el primer nivel fuera de la fosa, se sujetaron con

cinchos plásticos los cables de comunicación y de poder de la prensa y finalmente el técnico

acomodo los cables a lo largo de toda la charola (Como se muestra en la figura III.58).

Figura III.58. Arreglo de cableado en el primer nivel fuera de la fosa.

El arreglo de cableado dentro de la fosa, se sujetaron con cinchos plásticos los cables de

comunicación y de poder de la prensa, finalmente el técnico acomodo los cables a lo largo de

toda la charola (Como se muestra en la figura III.59).

Capítulo III


76

Figura III.59. Arreglo de cableado dentro de la fosa.

III.3.16.- Conexión de interruptores Square D.

Los interruptores Square D que se instalaron en las prensas son de clase 94722 para un Voltaje

de 240 Volts a 30 Amperes, son denominados switch o interruptores de seguridad ya que

tienen ranura para colocar el cando de seguridad cuando se desconecta el interruptor.

Primer se colocaron los interruptores sobre la pared y de las cinco prensas, después se cableó

del interruptor al gabinete de la unidad hidráulica y del gabinete al motor del compresor (la

operación de conexión de la unidad Hidráulica se realizó en 2 ocasiones (Como se muestra en

la figura III.60),

Figura III.60. Interruptores colocados a un lado de gabinetes de unidades hidráulicas.

III.3.17.- Conexión de mangueras y tubos hidráulicos.

La unidad de poder hidráulica suministra los volúmenes de aceite y presiones requeridas para

la presión del sistema, la presión de control así como los circuitos de refrigeración, colectando

el aceite caliente del retorno, el cual se enfría y alimenta de nuevo en el circuito.

En la actividad de conexión de mangueras hidráulicas, se conectaron las mangueras de las

unidades hidráulicas a la cama de la prensa (Como se muestra en la figura III.61), después

Capítulo III


77

conectaron las mangueras de la cama a las columnas, enseguida se conectaron las mangueras

de las columnas a la corona de la presa y por último se conectaron las mangueras de la corona

y de los tirantes a los dispositivos hidráulicos que se encuentran sobre y entre las coronas.

Figura III.61. Conexión de mangueras de la unidad hidráulica.

En la siguiente tabla se muestran los datos técnicos de los consumos de aire comprimido de la

línea de prensas, estos datos técnicos fueron proporcionado por el fabricante de las prensas.

Tabla III.4.- Datos técnicos de los consumos de aire comprimido.

Aire comprimido

Baja presión requerida (solo para herramientas y dados)

bar psi

5,5 80

• Consumo de Prensas (operación normal) Nm³/h 0

• Consumo de Alimentadores y Dados Nm³/h Dependiendo de la parte y del diseño del

dado

• Consumo de Desapilador (bancos de acero)

Nm³/h

approx. 180

• Consumo de Prensas (operación normal) Nm³/h 0

• Consumo del Desapilador Nm³/h no

Impureza µ < 20

Eliminación de humedad % 90

Calidad de aire requerida

• Máximo contenido de aceite Acorde con la norma ISO 8573 – 1 class 2

• Máximo contenido de residuos de polvo Acorde con la norma ISO 8573 – 1 class 3

• Máximo de residuos de agua Acorde con la norma ISO 8573 – 1 class 4

Agua refri gerante

Consumo de agua refrigerante (promedio de 15 SPM) (línea de prensas )

m³/h Approx. 127

Consumo de agua refrigerante (try out press ) m³/h Approx. 43

Temperatura de entrada °C °F

28 82

Temperature de salida °C °F

35 95

Presión diferencioaldifferential bar psi

1.5 22

Capítulo III


78

Se realizó el soldado con argón de tubos de 4” en prensas de estampado, (Como se muestra en

la figura III.62).

Figura II.62. Tubos de 4” en prensas de estampado.

III.3.18.- Conexión de tubería del cojín.

Todos los procesos de regulación y control activo para llevar a cabo las funciones del

amortiguador de la cama (pre-aceleración, control de la fuerza de dibujo, la retracción en

BDC, carrera ascendente regulada y cargar) se llevan a cabo en los módulos de cilindro. Las

tuberías y tubos flexibles son usados sólo para suministrar presión así como para la línea de

retorno al tanque. Este compacto y extremadamente rígido sistema hidráulico elimina los

problemas de vibración y logra un comportamiento de control altamente dinámico.

Todos los módulos de cilindro del amortiguador de la cama son de idéntico diseño y

equipados con los mismos componentes (favorable para la conservación de las piezas de

repuesto).

En caso de "corte de energía", dos interruptores de limite monitorean las válvulas de seguridad

lógicas que cortan el aceite de la cámara de desplazamiento para garantizar la protección

contra un movimiento imprevisto en cualquier posición de parada.

Una válvula de alivio de presión protege el sistema contra el aumento de la presión

inadmisible.

Capítulo III


79

Primero se realizó la colocación de soportes para tubería por debajo de las prensas (Como se


Figura III.63. Colocación de soportes para tubería.

Finalmente se colocó la tubería de alta y baja presión a las vigas de la fosa de estampado con

bridas las cuales se fijaron con 16 tornillos (Como se muestra en la figura III.64).

Figura III.64. Tubería de alta y baja presión.

Se sujetaron los pedestales de tuberías al piso de la fosa de estampado con taquetes y tornillos.

Los acumuladores de nitrógeno en bases de prensa Número 1 se levantaron hasta la altura de

la base de la prensa y se aseguraron con 2 bridas los cuales se fijaron con tornillos (Como se


Capítulo III


80

Figura III.65. Área de instalación de los acumuladores de nitrógeno.

III.3.19.- Llenado de aceite en Prensas.

El aceite de lubricación que se utilizó en las prensas fue el ISO VG-150 y el aceite hidráulico

que se utilizó en las prensas fue el ISO VG – 46, en la tabla III.5 Y III.6 se muestran las

características del aceite.

Tabla III.5.- La tabla muestra las carteristas del aceite ISO VG 46 utilizado en las prensas.

Aplicaciones Especificaciones Ventajas Formulación• Cualquier sistema de transmisión hidráulica

operando bajo condiciones de presión y

temperaturas estándar: máquinas herramienta,

prensas de inyección de plásticos, equipos

hidráulicos móviles.

• Utilizable igualmente en otras aplicaciones

que recomiendan un aceite con prestaciones

antidesgaste: reductores y variadores de

velocidad, rodamientos lubricados por aceite,

compresores de aire, etc.

•ISO 12925-1, type CKC-CKD

•DIN 51517 Part 3, category CLP

•ANSI/AGMA 9005-D94

• Excelentes propiedades antidesgaste.

• Altas presiones de trabajo.

• Estabilidad térmica e hidrolítica evitando la formación de

depósitos y el bloqueo de filtros.

• Resistencia a la oxidación que proporciona intervalos de

cambio espaciados.

• Anticorrosión, antiherrumbre, antiespumante.

• Baja retención de aire y buena desemulsión.

• Aceites minerales parafínicos.

• Aditivos de extrema presión

• Inhibidor de la oxidación

• Anti-oxidante

• El agente anti-espuma

ISO VG 46 - ISO VG 460

Capítulo III


81

Tabla III.6.- La tabla muestra las carteristas del aceite ISO VG 150 utilizado en las prensas.

Aplicaciones Especificaciones Ventajas Formulación•Transmisiones por engranajes de acero.

•Cajas reductoras industriales donde se

requiera una acción de extrema presión.

•Cojinetes.

•Sistemas circulatorios o lubricados por

salpicado.

•ISO/DP 6743/3, categories DAA-

DAB-DAG-DAH-DAJ and DVA

•DIN 51506, category VDL

•DIN 51517, category CLP

•Excelente capacidad de carga y características anti-

fricción.

•Excelente estabilidad térmica y a la oxidación.

•Efectiva inhibición contra la corrosión.

•Sin plomo, reduce riesgos a la salud.

•Amplio rango de viscosidades.

•Propiedades de desplazamiento de agua.

•Capacidad de carga

• Polialfaolefinas

• Aditivos de extrema presión/Anti-

desengrasante.

• Inhibidor de la oxidación

• Anti-oxidante

• El agente anti-espuma

ISO VG 100 & ISO VG 150

En la actividad de llenado de aceite en prensas, primero los tambos de aceite y grasa se

colocaron a un lado de las prensas donde se realizó la conexión y armado de la Bomba de

llenado, después descargo del aceite. Finalmente se descargó la grasa en los depósitos de grasa

de émbolos de prensas.

III.3.20.- Llenado de acumuladores de nitrógeno.

Estando los tanques en la prensa número 1 se conectó un adaptador al cilindro de nitrógeno,

enseguida se conectó una manguera al adaptador, después se conectó un adaptador al

acumulador de nitrógeno del cojín para así poder conectar la manguera que venía de los

cilindros de nitrógeno, finalmente se abrió la válvula del cilindro de nitrógeno y se descargó el

nitrógeno al acumulador del cojín, una vez finalizada esta actividad se cerraron las válvulas y

retiraron los adaptadores del acumulador y del cilindro (La actividad de llenado de tanques de

acumuladores de nitrógeno del cojín de la prensas Número 1 que se repitió 32 veces).

Para el llenado de tanques de acumuladores de nitrógeno del embrague freno de las prensas 1,

se conectó una manguera al cilindro de nitrógeno, después se conectó un adaptador al

acumulador de nitrógeno del embrague freno para así conectar la manguera que venía de los

cilindros de nitrógeno, finalmente se abrió la válvula del cilindro de nitrógeno y descargó el

contenido del cilindro al acumulador del cojín, una vez finalizada esta operación se cerraron

Capítulo III


82

las válvulas y retiraron los adaptadores del acumulador y del cilindro (Como se muestra en la

figura III.66).

Figura III.66. Tanques de acumuladores de nitrógeno del embrague freno.

III.3.21.- Pruebas de Prensas.

Las pruebas de aceptación para la compra final (buy-off) de las prensas se llevaron a cabo y se

documentaron en perfecto acuerdo con los procedimientos de inspección y pruebas estándar

del fabricante de las Prensas. Las pruebas de pre-aceptación de los componentes individuales

se llevaron a cabo en las plantas de los fabricantes después de un acuerdo. La aprobación final

se realizó en la planta automotriz donde se instaló la línea de prensas, con cargas simuladas en

las prensas, sin matrices. Las pruebas de aceptación final de los equipos fueron hechas en

suficiente número por la planta automotriz durante 8 horas seguidas sin para el equipo.

Para la actividad de ajuste de freno y embrague de la prensa, primero se colocó un transductor

que fue conectado a través de cables a un osciloscopio para monitorear las válvulas del freno y

embrague, una vez conectado el osciloscopio se movió el émbolo (cuando fue necesario se

ajustaron las válvulas del freno y embrague); esta actividad del ajuste de válvulas de freno y

embrague se repitió varias veces hasta que quedó correctamente ajustado el freno y el

embrague. Después, se conectó en la parte inferior del émbolo un encoder y se movió el

émbolo. Cuando el émbolo estaba en movimiento se presionó el paro de emergencia, esto fue

con el fin de revisar que el frenado estuviera en tiempo y correcto (Como se muestra en la

figura III.67).

Capítulo III


83

Figura III.67. Ajuste de freno y embrague de la prensa.

En la actividad de ajuste de sobrecarga de la prensa, primero se colocaron 16 o más cojines de

carga dependiendo de la capacidad de la prensa sobre el Cabezal Móvil (Mobil Bolster), una

vez colocados todos los cojines de carga en el Cabezal Móvil se arrancó la prensa forma

automática (Como se muestra en la figura III.68), ya que el Cabezal Móvil estuvo dentro de la

prensa se paró la prensa y conectó una unidad hidráulica y transductores de presión a los

cojines de presión, ya conectada la unidad hidráulica y los transductores, se arrancó

nuevamente la prensa y se movió el émbolo hasta colocarlo en posición de 180°, cuando el

émbolo estuvo en poción de 180°, se colocó presión a los cojines de presión, a continuación se

movió el émbolo a la posición de 360° (Punto muerto superior), enseguida se realizó el ciclo

completo del émbolo, cuando el émbolo estaba realizando su ciclo completo, se revisó la

presión en los cojines con el osciloscopio (cuando la presión no era correcta, se ajustaba la

presión de aire de la bomba de sobrecarga de la prensa que se encuentra en la unidad

hidráulica de la prensa), finalmente se ajustó la presión de carga de seguridad de la prensa

(Esta operación se repitió hasta que estuvo correctamente ajustada la sobrecarga de la prensa).

Figura III.68. Cabezal Móvil (Mobil bolster) donde se colocaron los cojines de carga.

Capítulo III


84

En la actividad de ajuste de monitor de carga de la prensa, primero se colocaron 16 o más

cojines de carga dependiendo de la capacidad de la prensa sobre el Cabezal Móvil, una vez

colocados todos los cojines de carga en el Cabezal Móvil se arrancó la prensa en forma

automática, ya que el Cabezal Móvil estuvo dentro de la prensa se paró la prensa y conectó

una unidad hidráulica y transductores de presión a los cojines de presión, ya conectada la

unidad hidráulica y los transductores, se arrancó nuevamente la prensa y se movió el émbolo

hasta colocarlo en posición de 180°, cuando el émbolo estuvo en poción de 180°, se colocó

presión a los cojines de presión, a continuación se movió el émbolo a la posición de 360°

(Punto muerto superior), enseguida se realizó el ciclo completo del émbolo, cuando el émbolo

estaba realizando su ciclo completo, se revisó la presión en los cojines con el osciloscopio

(cuando la presión de carga era incorrecta se desconectó el motor principal desde la Pantalla

(Panel View) y se paró la prensa, enseguida se terquearon las Cuerdas calibradas (String

Gauge), después, se realizó el ciclo completo de la prensa, finalmente se comparó el valor que

dio el Osciloscopio con el valor de la Pantalla (Panel View) (cuando el valor no era igual se

ajustó el valor del módulo Toledo), esta operación se repitió hasta que estuvo correctamente

ajustada la carga de la prensa (Como se muestra en la figura III.69).

Figura III.69. Ajuste de monitor de carga.

Capítulo III


85

En la actividad de verificación de la deflexión del émbolo y del cabezal móvil, primero se

colocaron 16 o más cojines de carga dependiendo de la capacidad de la prensa sobre el

Cabezal Móvil, una vez colocados todos los cojines de carga en el Cabezal Móvil se arrancó la

prensa forma automática, ya que el Cabezal Móvil estuvo dentro de la prensa se paró la prensa

y conectó una unidad hidráulica y transductores de presión a los cojines de presión, ya

conectada la unidad hidráulica y los transductores, se arrancó nuevamente la prensa y se

movió el émbolo hasta colocarlo en posición de 180°, cuando el émbolo estuvo en poción de

180°, se paró la prensa se fijaron 6 relojes comparadores (4 en cada esquina del émbolo y 2 en

la parte central de la cara del émbolo), después se colocó una regla en la parte central de la

cara del Cabezal Móvil, finalmente se presurizaron los cojines de carga, ya presurizados se

revisaron los relojes comparadores para así checar la deflexión del Émbolo y la deflexión del

Cabezal Móvil.

Para la prueba de funcionamiento de 8 horas, primero se colocaron 16 o más cojines de carga

dependiendo de la capacidad de la prensa sobre el Cabezal Móvil, una vez colocados todos los

cojines de carga en el Cabezal Móvil se arrancó la prensa forma automática, ya que el Cabezal

Móvil estuvo dentro de la prensa se paró la prensa y conectó una unidad hidráulica y

transductores de presión a los cojines de presión, ya conectada la unidad hidráulica y los

transductores, se arrancó nuevamente la prensa y se movió el émbolo hasta colocarlo en

posición de 180°, cuando el émbolo estuvo en poción de 180°, se colocó presión a los cojines

de presión, a continuación se movió el émbolo a la posición de 360° (Punto muerto superior),

enseguida se realizó 8 horas de ciclo completo del émbolo. Durante las 8 horas de prueba se

paró el émbolo para regular la presión de los cojines de carga así como para regular la poción

del émbolo desde la Pantalla (Panel View) (cuando existió perdida de presión de los cojines de

carga se paró el émbolo para hacer la recarga de aceite en la unidad hidráulica de los cojines

de presión) (Como se muestra en la figura III.70).

Capítulo III


86

Figura III.70. Prueba de funcionamiento de 8 horas.

III.3.22.- Ensamble del Frente de Línea (Front of Line).

En la actividad de colocación y alineación de rieles, se colocaron los rieles dentro de los

huecos que se encuentran enfrente de la prensa número 1 y se alinearon y nivelaron, una vez

nivelados y alineados se soldaron tornillos de nivelación a una placa que tienen los huecos y

finalmente se rellenaron los huecos con grout para evitar que estos se movieran.

En el ensamble de estación de centrado, primero se llevó la estación de centrado hasta el área

donde fue instalado, una vez que el equipo estuvo en el área de instalación, se centraron las

placas de nivelación sobre el piso y se fijaron al piso con 4 tornillos, a continuación se

conectaron las bandas transportadoras del equipo y se nivelo el equipo, terminado esto se

conectó la tubería del aire y finalmente se realizaron las conexiones eléctricas del (Como se


Capítulo III


87

Figura III.71. Ensamble de estación de centrado.

En el ensamble del Transportador MB2, primero se llevó el Transportador MB2 hasta el área

donde fue instalado, ya que el equipo estuvo en el área de instalación, se centraron las placas

de nivelación sobre el piso y se fijaron al piso con 4 tornillos (Como se muestra en la figura

III.72), por último se conectó el Transportador al gabinete de control.


Para el ensamble del Alimentador (Feeder), primero se colocaron 2 placas de acero en el

hueco que se encontraba en el piso de la fosa de estampado y se barreno para fijar la placa al

piso con 4 tornillos, después se alineó y se niveló la placa, una vez finalizado esto se colocó

grout para fijar la placa en su posición, cuando el grout ya estuvo seco se colocaron 2 postes

en posición central y se soldaron a la placa los postes, enseguida se niveló el poste en cada

lado para ponerlo en su posición, a continuación se colocó la viga alimentadora sobre los

Capítulo III


88

postes, enseguida se centraron las placas de nivelación sobre el piso y se fijaron al piso con 4

tornillos, después se conectó 1 tubo para el sistema neumático y 2 tubos para el sistema

hidráulico (Como se muestra en la figura III.73), por último se conectó el motor eléctrico del

equipo.

Figura III.73. Ensamble del Alimentador (Feeder).

En el ensamble del Transportador MB1, primero se llevó el Transportador MB1 hasta el área

donde fue instalado, después se colocó el equipo sobre los rieles con ayuda del montacargas, a

continuación se conectó el pista de coche (car track) en los huecos del pisos así como el riel,

enseguida se centraron las placas de nivelación sobre el piso y se fijaron al piso con 4 tornillos

(Como se muestra en la figura III.74), por último se conectaron los cables del Transportador al

gabinete eléctrico.

Figura III.74. Ensamble de Transportador MB1.

En la instalación del compartimiento de desechos (scrap), primero se llevó el equipo de

compartimiento de Desechos hasta el área donde fue instalado, a continuación se centraron las

placas de nivelación sobre el piso y se fijaron al piso con 4 tornillos, por último se conectó el

equipo de compartimiento de Desechos al gabinete de control.

Capítulo III


89

En la instalación del contenedor de desechos, primero se llevó el equipo de contenedor de

desechos hasta el área donde fue instalado, posteriormente se centraron las placas de

nivelación sobre el piso y se fijaron al piso con 4 tornillos (Como se muestra en la figura

III.75), por último se conectó el equipo de contenedor de desechos al gabinete de control.

Figura III.75. Instalación del contenedor de desechos.

III.3.23.- Instalación del Final de Línea (End of Line).

Primero se llevó el transportador de final de Línea (end of line) al final de la línea de prensas,

a continuación se movió a su posición de instalación (Como se muestra en la figura III.76).

Figura III.76. Posicionamiento del final de línea (end of line).

Una vez es su posición de instalación se fijaron las patas al piso con 4 tornillos cada una,

después se colocaron la guarda se seguridad que tenía 2 puertas de acceso la cual se fijó al piso

Capítulo III


90

con tornillos, una vez colocada la guarda se conectó el sistema eléctrico de seguridad y el

panel control de equipo (Como se muestra en la figura III.77).

Figura III.77. Instalación del final de línea (end of line) y guardas de seguridad.

En la instalación de guardas de seguridad (safety fance), primero se llevaron las partes de la

guarda hasta el área donde fueron instalados, a continuación se fijó con tornillos la guarda de

seguridad que tenía 9 puertas de acceso alrededor del equipo final de línea (front of line), una

vez colocada la guarda se conectó el sistema eléctrico de seguridad y el panel control de

equipo (Como se muestra en la figura III.78).

Figura III.78. Instalación de guardas de seguridad.

III.3.24.- Verificación del programa de arranque.

Para actividad de verificación de la velocidad de los rodillos lado izquierdo, primero se

energizó el transportador MB1, una vez energizado el transportador se midió la velocidad de

los rodillos del lado izquierdo con un tacómetro, una vez que se midió la velocidad de los

Capítulo III


91

rodillos se detuvo el transportador, a continuación se compararon los valores del tacómetro y

de la pantalla (panel view) (Esta actividad se repitió en el transportador MB2 y en la estación

de centrado).

En la actividad de la verificación de la velocidad de los rodillos lado derecho, primero se

energizó el transportador MB1, una vez energizado el transportador se midió la velocidad de

los rodillos del lado derecho con un tacómetro, una vez que se midió la velocidad de los

rodillos se detuvo el transportador, a continuación se compararon los valores del tacómetro y

de la pantalla (panel view) (Esta actividad se repitió en el transportador MB2 lado derecho y

en la estación de centrado) (Como se muestra en la figura III.79).

Figura III.79. Verificación de la velocidad de los rodillos lado izquierdo y derecho.

La duración de la prueba fue de máximo 8 horas. La disponibilidad técnica del equipo fue del

96% para toda la línea de prensas de acuerdo con la guía VDI (Verein Deutscher Ingenieure /

Asociación Alemanas de Ingenieros) 3423. Durante la prueba de las prensas el cambio de

dados también fue simulado (El anexo Número 2 se muestra la guía VDU 3423).

A continuación se muestra la Tabla III.6 de resultados generales obtenidos durante las pruebas

realizadas en planta durante las 8 horas con diferentes cargas, la tabla muestra que la

simulación de cargas es correcta para el estampado de láminas para partes de vehículos.

Capítulo III


92

Tabla III.6.- La tabla muestra los resultados obtenidos durante las pruebas realizadas.

III.3.25.- Sumario.

En este capítulo se planteó la metodología del desarrollo de instalación de la línea de prensas,

indicando paso a paso los procesos, técnicas y condiciones generales requeridas, además se

muestra un diagrama de flujo que sintetiza todo el proceso de instalación de la línea de

prensas, frente de línea y final de línea (front of line y end of line).

La principal aplicación de los conceptos mostrados en el presente Capítulo son el tiempo y el

proceso de instalación, gracias al empleo de herramientas de avanzada tecnología y la rapidez

de los procesos que le proceden, facilitando la rápida instalación con alta calidad.

De igual forma, se puede observar que las características de diseño elegante, han sido

cumplidas satisfactoriamente, siguiendo el contexto del presente trabajo, haciendo una prensa

fuerte, robusta, de alta tecnología y funcional dentro de la industria automotriz.

CONCLUSIONES

TRABAJOS FUTUROS

ANEXOS

REFERENCIAS

Conclusiones


93

CONCLUSIONES.

En el diseño y la distribución de la línea de prensas dentro de la planta de estampado es de

suma importan, ya que se consideran todos los equipos involucrados para la instalación de la

línea de prensas. En este sentido, en este trabajo se lleva a cabo un proyecto referente al factor

de implementación de una línea de prensas en la industria automotriz. Además de tratar de

descifrar el proceso de manufactura adecuado para la transformación de materia prima en un

producto terminado que deberá ser rápido y de bajo costo.

Para sentar las bases teóricas de este proyecto, se desarrolló la revisión bibliográfica

correspondiente a los sistemas de manufactura, diseño, y la selección de procesos, donde se

logró establecer el antecedente del problema a resolver, y se adquirieron los conocimientos

necesarios para culminar satisfactoriamente este proyecto de instalación.

Como complemento de los conceptos antes mencionados, en este proyecto se empleó método

Guerchet. De este, se aprovechó para realizar el diseño y la distribución de las prensas en la

planta de estampado. Además del diseño de los diagramas de flujo correspondientes para la

instalación de la línea de prensas.

En una primera etapa del proyecto, fue necesario comprender perfectamente los conceptos de

conformación por deformación plástica. Otro aspecto importante fue conocer los métodos de

manufactura diversos que pudieran ser de utilidad para el estampado de láminas en la industria

automotriz. La parte complementaria de esté trabajo de tesis, está relacionada con el proceso

de instalación de la línea de prensas que se llevó a cabo en 22 semanas.

Trabajos Futuros 94


TRABAJO FUTUROS.

Es importante que este trabajo, el cual se enfoca a la implementación de una línea de prensas

de estampado en un planta automotriz que abarco desde conocer los sistemas de apoyo a la

manufactura hasta y la conformación por deformación plástica, en este proyecto se realizó

desde el diseño hasta la instalación de una línea de prensas de estampado, los trabajos que

deberán realizarse a futuro. Entre los cuales se recomienda:

• Realizar un plan de mantenimiento preventivo anual para mantener en prefecto

funcionamiento el equipo, esto deberá abarcar la parte mecánica, eléctrica, hidráulica y

de control de la línea de prensas.

• Realizar un plan de mantenimiento predictivo con rutas de termografía, ultrasonido,

vibraciones, análisis de aceite, para predecir las fallas que pudieran provocar fallar y

generar tiempos muertos a causa de falla del equipo.

• Realizar trabajos de investigación sobre las pérdidas que afectan la producción durante

el proceso de estampado, que pudieran afectar favorablemente o desfavorablemente la

calidad de la pieza a estampar.

• Realizar un análisis de seguridad para determinar los riesgos que se generan durante la

producción en la línea de prensas, esto con el fin de reducir y/o eliminar accidentes e

incidentes que pudieran afectar a las personas que trabajarán directamente con el

equipo.

Anexos


95

Anexo 1.- Diagrama de Flujo del proceso de instalación de la línea líneas de Prensas de Estampado.

Anexos


96

Anexos


97

Anexos


98

Anexos


99

Anexos


100

Anexos


101

Anexos


102

Anexos


103

Anexos


104

Anexos


105

Anexos


106

Anexos


107

Anexo2.- Guía VDI 3423 (Verein Deutscher Ingenieure / Asociación Alemanas de Ingenieros).

Anexos


108

Anexos


109

Referencias


110

REFERENCIAS.

Kalpakjian, S., Manufactura, Ingeniería y Tecnología, Editorial Pearsón Educación. México 2002.

Muther, R., Distribución en planta, Editorial Hispano Europea SA. Barcelona – España, 1982.

Martín, M., Tesis de Ingeniería. Diseño de distribución en Planta de una Empresa Textil, Universidad Nacional Mayor de San Marcos / Facultad de Ingeniería Industrial. Lima – Perú 2004.

VDI 3423, Verein Deutscher Ingenieure, Technical availability of machines and production lines, 2001.

Ford Motor Company, c2c2c procedure, 2009.

Technical Quotation, High Speed Tandem Press Line, Shuler, 2008.

Square D Company, Operating Mechanisms, Disconnect Switches, and Door-Closing Mechanisms Selection Guide, 2007.

Installation Procedure, LDF1-2500-450-4600x2500, SA965-IF01, 2008.

Elf Manual Técnico, Hydrailic ISO 46 y 68, 2010 Catálogo de Sistemas de prensa hidráulica, Schuler Ibérica S.A.U., 2009

instituto politÉcnico nacional -...

Documents