Manufactura: Conceptos Fundamentales y Evolución

MANUFACTURA: Es la fabricación de artículos a mano o con maquinaria.

Evolución Histórica: Las Revoluciones Industriales

La manufactura ha evolucionado a través de varias etapas clave:

• Primera Revolución Industrial: Caracterizada por la máquina de vapor (James Watt, según texto original: 1796).
• Segunda Revolución Industrial: Introducción de componentes mecánicos, levas y palancas.
• Tercera Revolución Industrial: Marcada por el desarrollo del microchip.
• Cuarta Revolución Industrial: Definida por la robótica y la automatización avanzada.

Materiales Clave en la Manufactura

Los materiales fundamentales utilizados en la manufactura incluyen:

• Metales
• Cerámicos
• Polímeros
• Compuestos

Producto Interno Bruto (PIB) y la Manufactura

PIB (Producto Interno Bruto): Es la suma del valor de los bienes y servicios que se producen en una economía nacional.

Componentes del PIB

Los componentes del PIB relacionados con la producción son:

• Recursos materiales.
• El conocimiento y la energía que las personas aplican al utilizarlos.

Profundización en los Materiales de Manufactura

Compuestos

COMPUESTOS: Son materiales formados por la unión de dos o más componentes distintos (que pueden ser metales, cerámicos o polímeros), procesados por separado y luego unidos para lograr propiedades superiores a las de sus constituyentes individuales. Generalmente, son mezclas no homogéneas.

Los compuestos se encuentran en la naturaleza y también se pueden producir en forma sintética.

Algunos tipos de compuestos según sus constituyentes son:

• Compuestos metal-cerámicos.
• Compuestos metal-polímeros.
• Compuestos cerámico-polímeros.

Metales

Metales Ferrosos

Se basan en el hierro. Este grupo incluye el acero y el hierro colado.

El Acero: Se define como una aleación de hierro-carbono que contiene entre 0.02% y 2% de carbono. Es la categoría más importante dentro del grupo de los metales ferrosos. Se utiliza ampliamente en la construcción de puentes, vehículos de transporte, rieles de tren y diversos productos de consumo, como automóviles.

Hierro Colado: Es una aleación de hierro y carbono (con un contenido de carbono entre el 2% y el 4%) que se utiliza comúnmente en procesos de moldeado, sobre todo en arena verde. El silicio también está presente en la aleación (en cantidades del 0.5% al 3%), junto con otros elementos que le confieren propiedades deseables al material fundido. Sus aplicaciones incluyen bloques y cabezas de motores de combustión interna.

Metales No Ferrosos

Incluyen todos los demás elementos metálicos y sus aleaciones. En muchos casos, las aleaciones tienen mayor importancia comercial que los metales puros. Este grupo abarca metales puros y aleaciones como el aluminio, cobre, oro, magnesio, níquel, plata, estaño, titanio, zinc, entre otros.

Cerámicos

Los materiales cerámicos se dividen en dos categorías principales:

• Cerámicos cristalinos
• Vidrios (materiales amorfos, no cristalinos)

El Vidrio: Como tipo de cerámico, su estado vítreo (amorfo) se alcanza cuando un material no dispone del tiempo suficiente durante su enfriamiento para formar una estructura cristalina ordenada. Proviene comúnmente de la sílice.

Polímeros

Polímeros: Se definen como compuestos formados por unidades estructurales repetidas, denominadas meros, cuyos átomos comparten electrones para formar moléculas muy grandes. Generalmente están compuestos de carbono, hidrógeno, nitrógeno, oxígeno y cloro.

Se dividen en tres grandes grupos:

• Polímeros termoplásticos
• Polímeros termoestables
• Elastómeros

Polímeros Termoplásticos

Polímeros Termoplásticos: Pueden ser sometidos a múltiples ciclos de calentamiento (fusión) y enfriamiento (solidificación) sin que se altere significativamente su estructura molecular. Ejemplos:

• Polietileno
• Poliestireno
• Cloruro de polivinilo (PVC)
• Nylon

Polímeros Termoestables

Polímeros Termoestables: Sufren una transformación química irreversible (curado) hacia una estructura molecular reticulada y rígida después de ser calentados y posteriormente enfriados. Una vez curados, no pueden ser refundidos ni reprocesados por calor. Ejemplos:

• Fenoles
• Resinas amino y epóxicas

Elastómeros

A diferencia de los termoestables como las resinas amino y epóxicas, los Elastómeros son polímeros que muestran un comportamiento elástico muy pronunciado, es decir, pueden deformarse considerablemente bajo carga y recuperar su forma original al retirarla. Ejemplos: caucho natural, neopreno, silicón y poliuretano.

Operaciones y Procesos en la Manufactura

Operaciones de Procesamiento

Estas operaciones utilizan energía para modificar la forma, las propiedades físicas o la apariencia de una pieza, con el fin de agregar valor al material. La energía se aplica de forma controlada por medio de maquinaria y herramientas.

Las formas de energía empleadas incluyen:

• Mecánica
• Térmica
• Eléctrica
• Química

Las operaciones de procesamiento se pueden clasificar en:

• Operaciones de formado: Alteran la geometría del material inicial de trabajo por medio de varios métodos. Los procesos comunes de formado incluyen el moldeado, la forja y el maquinado.
• Operaciones de mejoramiento de una propiedad: Agregan valor al material mediante la mejora de sus propiedades físicas sin cambiar su forma. El ejemplo más común es el tratamiento térmico.
• Operaciones de procesamiento de una superficie: Se realizan para limpiar, tratar, recubrir o depositar material sobre la superficie exterior de la pieza. Ejemplos comunes son el cromado y el pintado.

Tipos de Procesos de Formado

Los procesos de formado se pueden agrupar en las siguientes categorías:

• Procesos de moldeado: En estos, el material de partida es un líquido calentado o semifluido que se enfría y solidifica para adoptar la geometría de la pieza.
• Procesamiento de sinterizado (o de partículas): En estos, los materiales de inicio son polvos, que se conforman y calientan para obtener la geometría deseada.
• Procesos de deformación: En estos, el material de partida es un sólido dúctil (generalmente un metal) que se deforma plásticamente para crear la pieza.
• Procesos de remoción de material: En estos, el material de inicio es un sólido (dúctil o quebradizo), a partir del cual se retira material de modo que la pieza resultante tenga la geometría que se busca.

Procesos de Mejoramiento de Propiedades

Estos procesos no alteran la forma de la pieza, sino que mejoran las propiedades mecánicas o físicas del material de trabajo. Los más importantes involucran tratamientos térmicos, que incluyen el recocido y el templado de metales o vidrios.

Procesamiento de Superficies

Las operaciones de procesamiento de superficies incluyen:

• Limpieza: Incluye procesos químicos y mecánicos para retirar de la superficie suciedad, aceite y otros contaminantes.
• Tratamiento de superficie: Estos incluyen trabajos mecánicos tales como el granallado o el chorro de arena, así como procesos físicos tales como la difusión y la implantación de iones.
• Procesos de recubrimiento: Aplican una capa de material a la superficie exterior de la pieza que se trabaja. Ejemplos son la galvanoplastia y la anodización, así como la deposición física de vapor (PVD) y la deposición química de vapor (CVD).

Operaciones de Ensamblado

Una operación de ensamblado es el proceso en el que dos o más piezas separadas se unen para formar una entidad nueva. Los componentes se conectan ya sea en forma permanente o semipermanente.

Ejemplos de uniones permanentes o semipermanentes incluyen:

• Soldadura (incluyendo soldadura homogénea)
• Soldadura fuerte (brazing)
• Soldadura blanda (soldering)
• Unión mediante adhesivos

Los métodos de ensamblado mecánico existen para sujetar dos (o más) partes en una unión que, por lo general, se puede desarmar a conveniencia (ej. tornillos, remaches no permanentes).

Etiquetas: manufactura, materiales industriales, metales, procesos de fabricación