DEPARTAMENTO DE

ELCTRICA Y ELECTRNICA

MQUINAS ELCTRICAS

NRC 2219

RESUMEN

DESIGN FOR MANUFACTURABILITY HANDBOOK

PGS 7-29 Y 90-119

REALIZADO POR

CELENA BETANCOURT

DAVID SEGARRA

JONATHAN ZAPATA

SANGOLQU 2015

Introduccin

Existen varios parmetros que se deben tomar en cuenta en cuanto al Diseo para la manufactura (DFM), como son tolerancias, lmites de proceso, acabado superficial, y otro detalle muy importante que se debe tener en mente en DFM es desarrollar habilidades para disminuir el costo de los productos para cada proceso de fabricacin, estos detalles sirven para que el ingeniero entienda los principios bsicos de los procesos de manufactura para determinar si es aplicable o no a una pieza de trabajo que se tiene en mente.

Los profesionales que deben tener el cuenta todos estos procesos para DMF son principalmente:

Ingenieros de valor y analistas

Ingenieros de herramientas

Ingenieros en procesos

Ingenieros en produccin

Ingenieros de reduccin de costos

Ingenieros en Investigacin y desarrollo

Ingenieros industriales

Supervisores y administradores de fabricacin

Existen dos tipos para recomendaciones de diseo: Consideraciones generales de diseo y las consideraciones detalladas de diseo.

El primero cubre los principales factores que los diseadores deben tener en cuenta para optimizar la fabricacin de sus diseos, mientras que las consideraciones detalladas de diseo incluyen numerosos consejos especficos para ayudar en desarrollo los diseos ms eficientes con cada proceso.

Economa de procesos de seleccin

Los ingenieros de diseo, de fabricacin, y los ingenieros industriales, cuando realizan un anlisis de mtodos alternativos para la produccin de una pieza o un producto, en algn punto tendrn que enfrentar a variables de costo.

Es indispensable realizar una comparacin de las alternativas siendo esta detallada y completa para evaluar su pleno impacto en los costos totales unitarios de las piezas a fabricar.

Materiales

El costo de los materiales es un factor importante cuando se implica el uso de diferentes cantidades o formas de varios materiales.

Mano de obra directa

Costos de trabajo directo en esencia estn determinados por tres factores: el proceso de fabricacin en s, el diseo de la pieza y el trabajo de los empleados que operan el proceso.

En general, cuanto ms complejo sea el diseo, ms cerca estar de cumplir ciertas tolerancias dimensionales, por ende ms altas son las exigencias de acabado, con esto el nmero de operaciones de proceso que requerir la pieza ser mayor y as aumentar la cantidad de mano de obra directa.

Mano de obra indirecta

Instalacin, inspeccin, manejo de materiales, afilado de herramientas y reparacin, y mantenimiento de los equipos de trabajo a menudo son elementos importantes que se deben tener en cuenta tambin en coste de mtodos alternativos y diseos de produccin.

Uso de herramientas especiales.

El uso de herramientas especiales como accesorios, plantillas, troqueles, moldes, patrones, medidores y equipos de prueba viene a ser un coste mayor introducido en la produccin de un producto o pieza.

Una herramienta especial tiene un tiempo de vida que depende de el nmero de piezas fabricadas por la misma, si al fabricar un volumen significativo de piezas el coste substancial de la herramienta es bajo entonces es factible utilizarla, en cambio para aplicaciones de bajo volumen de produccin, las herramientas especiales, pueden contribuir costos relativamente altos por unidad.

Servicios

En la fabricacin de algunos productos el costo de la energa elctrica, gas, vapor, refrigeracin, agua, etc. se debe considerar especialmente cuando hay diferencias sustanciales en el uso de los mtodos y equipos alternativos que se comparan.

Capital invertido.

Para una empresa es ms fcil y menos arriesgado embarcarse en un nuevo producto que utiliza una ampliacin de las instalaciones existentes.

La disponibilidad de la planta, las mquinas, el equipo y las instalaciones de apoyo se debe tomar en consideracin, as como la inversin de capital necesaria para otras alternativas.

Principios generales de diseo para fabricacin

Principios Bsicos

Existen principios que sirven como una gua para bajar costos en los procesos de fabricacin, estos son:

1. Simplicidad. Bsicamente el producto con el menor nmero de las partes, la forma menos complicada, y la secuencia de fabricacin ms corta ser menos costoso de producir.

2. Los materiales y componentes estndar. El uso de materiales ampliamente disponibles permite tener beneficios de la produccin en masa, tambin simplifica la gestin de inventario, facilita la compra y acelera el ciclo de fabricacin.

3. El diseo estandarizado del producto en s. Este procedimiento proporciona economas de escala para la produccin, simplifica el control de procesos y capacitacin de los operadores, y reduce la inversin necesaria para herramientas y equipo.

4. Tolerancias liberales. Muchas veces el costo adicional de producir tolerancias demasiado bajas es alto, por eso se lo debe tener muy en cuenta en el diseo.

5. El uso de los materiales ms procesables. Hay que utilizar materiales ms procesables disponibles como siempre que sus caractersticas funcionales y el costo sean adecuados.

6. El trabajo en equipo con el personal de fabricacin. Los diseos ms producibles son provistos cuando el personal de diseo y fabricacin, trabajan estrechamente.

7. Evitar operaciones secundarias. Considere el costo de las operaciones, y el diseo con el fin de eliminarlas o simplificarlas siempre que sea posible.

8. Diseo apropiado para el nivel esperado de produccin. El diseo debe ser adecuado para un mtodo de produccin que es econmico para la cantidad de producto a fabricar.

9. Utilizando las caractersticas especiales del proceso. Los Diseadores saben las capacidades especiales de cada proceso de fabricacin, estas caractersticas pueden son aplicables a ciertos productos para tomar ventaja de ellas.

10. Evitar la restriccin del proceso. En los dibujos de piezas, slo hay que especificar las caractersticas finales necesarias; no hay que especificar el proceso que se utilizar, con esto se permite dar mayor libertad a los ingenieros encargados de la fabricacin para que elijan un proceso que produce las dimensiones necesarias, el acabado de superficie u otras caractersticas requeridas.

Reglas Generales

Diseo simple

Disear operaciones de trabajo de bajo costo

Evitar declaraciones generalizadas en dibujos.

Dimensiones deben hacerse desde superficies o puntos especficos en la parte en s.

Las dimensiones deben ser desde una lnea de referencia para simplificar mediciones.

Realizar las partes lo ms livianas posibles

Cuando sea posible, utilizar herramientas de propsito general

Evitar esquinas afiladas

Disear la parte para que no tenga que ser reposicionada durante el proceso de fabricacin

Siempre que sea posible, fundido y moldeado de partes de metal deben ser diseados de manera que eviten las lneas de escaln.

Disear las piezas de tal manera que sus espesores sean uniformes.

Realizar huecos espaciales en fundicin y moldeado de partes de manera que se pueden hacer en una sola operacin sin debilidad herramientas.

Evaluacin del diseo

Los mtodos que se utilicen para saber si se cumpli con los requerimientos del producto deben ser objetivos, ya que cada variacin tiene sus consecuencias.

Evaluacin de fabricacin, sistemas de ensamblaje y componentes individuales

El costo de la fabricacin se relaciona ms con el tiempo de fabricacin y de lo que su costo representa, por lo que una comparacin entre un diseo y otro es importante, para la evaluacin del ensamblaje se requiere de programas informticos que evaluaran que es mejor si el ensamblaje complejo de piezas ms simples o contar el nmero de piezas que el proceso conlleva, comparando costos de material, todo para un ensamblaje ms simple; los componentes individuales se evalan en base a cual es ms fcil de fabricar y menos costo representa.

Los ms indicados para las evaluaciones son los mismos diseadores, ya que ellos ya conocen su diseo y se evita el tiempo de transmitirle ese conocimiento a alguien ms.

Propuestas de prueba de diseo

Verificar que cumpla las tareas para el que fue diseado, prueba de vida til de sus componentes, pruebas a varias temperaturas, pruebas para saber si el cliente puede usar el producto.

Uso econmico de materias primas

Seleccin de materiales adecuados

Se debe tomar en cuenta dos factores: el buen funcionamiento y el costo, pero no slo del material sino tambin del proceso que necesite y del costo de su ensamblaje con otros materiales.

Materiales Disponibles y Requisitos funcionales

Hoy en da el diseador dispone de varios materiales: metlicos, no metlicos, aleaciones, plsticos, etc. La disponibilidad del producto es un factor importante al igual que la resistencia, gravedad, punto de fusin, conductividad, resistividad elctrica y dems.

Recomendaciones de diseo

Usar formas ya disponibles, usar valores estndar, uso de materiales pre acabados, uso de materiales acorde a su funcin, utilizar el material tanto como sea posible, todo esto hace que resulte menos costoso para minimizar operaciones en la fbrica

Acabados y tolerancias

Los acabados y tolerancias se encuentran en materiales laminados o estirados en fro que los que son laminados al calor, factores que influyen en el proceso son: flexibilidad, suavidad o contraccin.

Metales Ferrosos

Acero laminado en caliente

El proceso y caractersticas tpicas

Consiste en pasar el material a travs de rodillos repetidas veces, aumentando su longitud pero modificando su seccin transversal.

Grados para un mejor proceso

Mecanizado.- es bueno el carbono a entre del 0.3% y 0.5%, se logra los mejores resultados.

Formado.- a menor resistencia a la deformacin, es capaz de transformar su forma fcilmente

Soldadura.- si el espesor o el contenido de la aleacin aumentan, la soldabilidad disminuye.

Recomendaciones de diseo y factores dimensionales

En el diseo se debe tomar en cuenta el costo mnimo por unidad de fuerza, al momento de decidir si se va a utilizar material laminado en caliente o acabado en fro.

En el momento de mecanizar el material laminado se debe tomar en cuenta las irregularidades (costuras, desviaciones de rectitud y descarburacin), para lo cual existen valores sugeridos, que pueden tomarse como referencia.

Las variaciones de dimensin son considerablemente mayores en el acero laminado que en los materiales acabados en fro. Existen varios factores que influyen en el tamao, rectitud y desviaciones por torsin, como son la temperatura, las variaciones en las tasas de enfriamiento, movimiento de la escala durante la laminacin, entre otros.

Existen tolerancias estndar especificadas en tablas.

Acero acabado en fro

Los productos acabados en fro son mejores en comparacin a los de acero laminado en caliente, en cuanto a su acabado superficial, precisin dimensional, estructura, elasticidad y tensin adems son libres de escala.

Tienen formas redondas, cuadradas, hexagonales, planas, tubulares y de varias secciones transversales, entre otras.

Aplicaciones

Cuando se requiere:

Mayor precisin y un acabado ms liso en la superficie del material.

Mayor rendimiento y resistencia a la traccin.

Mayor maquinabilidad, formacin y libertad de la escala de superficie.

Por ejemplo: carroceras de automviles, partes de mquinas de coser, martes de armas de fuego, piones, partes de cerraduras, tubera mecnica, pernos, torillos, entre otros.

Procesos de fbrica

Existen tres procesos para producir acero acabado en frio a partir de material laminado en caliente: estirado en frio, laminacin en frio y mecanizado.

Grados para un mejor proceso

Mecanizado

La mejora en la maquinabilidad se debe a la mayor dureza al momento de la embuticin, lo que permite que las virutas se rompan dejos de la pieza, reduciendo as la energa y el desgaste de la herramienta.

Estampado

Es mejor utilizar chapas de acero y tiras en fro que materiales laminados en caliente puesto que no tienen escala, son ms uniformes en su espesor y tienen una mejor formacin, adems son menos costosos.

Soldadura

Los grados de baja aleacin y de bajo carbono son totalmente soldables, sin embargo se debe tomar en cuenta la distorsin en el conjunto de arcos soldados, por lo que en este caso puede ser mejor el acero laminado en caliente.

Para soldadura de resistencias es ms adecuado el laminado en fro.

En la soldadura fuerte es preferible utilizar aceros de bajo carbono y contenido de aleacin.

Tratamiento trmico

Para el tratamiento trmico se utilizan los aceros acabados en fro, pues son utilizados en aplicaciones que requieren superficie o dureza.

Enchapado

Las barras acabadas en fro son adecuadas para el enchapado, sin embargo un acabado normal de estirado en fro requiere pulir las imperfecciones.

Pintura

Es prctica en acero acabado en fro, pero solo en partes especficas.

Recomendaciones de diseo

El objetivo es minimizar el mecanizado posterior a travs del tamao y forma del material.

Normas primarias:

1. La seccin transversal debe ser lo ms simple posible.

2. Utilizar formas estndar en lugar de especiales (son ms econmicas).

3. Evitar esquinas agudas.

4. Las ranuras profundas no son factibles.

5. Evitar cambios abruptos en el espesor.

6. Utilizar los materiales ms fcilmente formados.

7. Utilizar secciones tubulares.

Recomendaciones para las secciones de pin-engranajes estirados en fro

Los dientes de los engranajes no deben ser muy delgados ni profundos, mas bien deben ser redondeados y se debe evitar muescas.

Existen tablas de las tolerancias normales AISI (American Iron and Steel Institute) de los productos acabados en acero.