Elegir un proceso
Cómo elegir un proceso de fabricación para una pieza real: material, forma, tamaño, precisión y cuántas necesitas.
Los ingenieros eligen un proceso de fabricación sopesando seis cosas: el material, la cantidad, la forma, el tamaño, la precisión necesaria y el coste. Ningún proceso gana en las seis, así que toda elección es un compromiso. Esta página te ayuda a acotar las opciones y luego te indica qué lecciones leer.
Las seis preguntas
- Material. Cada proceso solo funciona con algunos materiales, porque debe fundirlos, hacerlos fluir, doblarlos o cortarlos a su manera.
- Cantidad. Cuántas piezas necesitas decide si un molde o una matriz caros se amortizarán.
- Forma. Las paredes finas, los interiores huecos, las cavidades profundas y los agujeros finos son fáciles para unos procesos e imposibles para otros.
- Tamaño. Cada máquina y cada molde tienen límites, así que una pieza del tamaño de un grano de arroz y una del tamaño de una puerta de coche necesitan procesos distintos.
- Precisión. Las tolerancias ajustadas (el error permitido en el tamaño) y las superficies lisas suelen necesitar mecanizado o rectificado tras el primer paso de conformado.
- Coste. El objetivo es el coste total más bajo para tu cantidad: utillaje (los moldes, matrices y útiles hechos para tu pieza), tiempo de máquina, material y acabado.
Guía de decisión
La cantidad y el material acotan las opciones más rápido, así que esta guía empieza por ellos.
Elecciones rápidas
La mayoría de los objetos cotidianos pasan por una cadena de procesos, listados aquí en orden.
| Quiero fabricar… | Se suele fabricar mediante | Lecciones |
|---|---|---|
| Botella de plástico para bebidas | Una pequeña forma de tubo de ensayo (la preforma) se moldea por inyección, luego se recalienta y se sopla hasta formar la botella | 2.1, 2.3 |
| Funda de teléfono | Plástico moldeado por inyección; las fundas con carcasa dura y borde blando se sobremoldean | 2.1, 2.2 |
| Manguera de jardín | PVC blando o caucho empujado a través de una hilera en forma de anillo, a menudo en capas alrededor de una malla tejida | 3.3 |
| Panel de carrocería de coche | Estampado en chapa de acero o aluminio, soldado por puntos a la carrocería y luego pintado | 4.2, 7.2, 11.1 |
| Lata de bebida | Un disco de chapa de aluminio se embute en forma de vaso, su pared se adelgaza y se alarga por laminado y luego se imprime | 6.1, 4.2 |
| Fregadero de cocina | Embutido profundo de una sola chapa de acero inoxidable, luego recortado y cepillado o pulido | 4.2, 5.9 |
| Marco de ventana de aluminio | Los perfiles de aluminio se extruyen, se cortan y se unen en las esquinas, y luego se anodizan o se recubren con polvo | 3.3, 11.6, 11.2 |
| Cuadro de bicicleta (aluminio o acero) | Tubos trefilados o extruidos, a menudo conformados por hidroconformado, y luego soldados por TIG; los cuadros de aluminio se tratan térmicamente después | 3.3, 4.5, 7.1, 12.1 |
| Tornillo | El alambre de acero se recalca en frío para formar la cabeza y luego se lamina la rosca; a menudo se templa y se cincan | 3.5, 3.6, 12.1, 11.5 |
| Cigüeñal | Acero forjado (a veces fundición de hierro), luego torneado, rectificado y con la superficie endurecida | 3.1, 5.1, 5.7, 12.2 |
| Engranaje | Dientes tallados por fresado madre, luego cementados y rectificados; los engranajes pequeños también se sinterizan o se moldean | 5.5, 12.2, 5.7, 9.1, 2.1 |
| Bloque de motor | Hierro o aluminio colado en moldes de arena, o aluminio fundido a presión, luego mecanizado y bruñido | 1.1, 1.4, 5.2, 5.8 |
| Álabe de turbina de motor a reacción | Fundido a la cera perdida como un monocristal de superaleación de níquel, orificios de refrigeración taladrados por EDM o láser, y luego recubierto | 1.2, 1.8, 6.6, 11.10 |
| Implante de cadera de titanio | Aleación de titanio forjada y mecanizada; las superficies porosas suelen imprimirse en 3D o proyectarse con plasma | 3.1, 5.2, 8.4, 11.10 |
| Rueda de bicicleta de carbono | Prepreg de carbono (tejido de fibra empapado en resina) laminado en un molde de llanta y luego curado con calor y presión | 10.1 |
| Placa de circuito impreso (PCB) | La lámina de cobre sobre una placa de fibra de vidrio se dibuja con luz y se ataca químicamente; se taladran y se metalizan los agujeros; se sueldan los componentes | 13.2, 6.8, 5.3, 11.5, 7.3 |
| Chip de silicio | Se hace crecer un cristal de silicio y se corta en obleas, y luego se construye con cientos de pasos de dibujo, deposición y ataque químico | 13.1, 13.2, 13.4, 11.9 |
Coste frente a cantidad
Todo proceso tiene dos tipos de coste. El coste de utillaje se paga una vez, antes de la primera pieza buena: el molde, la matriz o el útil hechos solo para tu pieza. El coste de producción se paga de nuevo por cada pieza: material, tiempo de máquina, energía y mano de obra.
Coste por pieza = coste de utillaje ÷ número de piezas + coste de producción por pieza
Cuantas más piezas comparten el utillaje, menos carga cada una: con 10 piezas, cada una paga una décima parte; con 100.000, casi nada. Así que un proceso con utillaje costoso, como el moldeo por inyección, es muy caro para pocas piezas y muy barato para muchas. Un proceso con poco utillaje, como el mecanizado o la impresión 3D, cuesta más o menos lo mismo por pieza sea cual sea la cantidad.
Reglas prácticas
- Cuenta primero. Para un puñado de piezas, elige un proceso sin utillaje a medida, como el mecanizado o la impresión 3D; para decenas de miles, paga un molde o una matriz.
- Acércate y luego acaba. Funde, forja o moldea la pieza cerca de su forma final (forma casi final) y mecaniza solo las superficies que deben ser precisas.
- Pide precisión solo donde importa. Cada tolerancia más estrecha añade mecanizado, inspección y coste, así que resérvala para superficies que encajan, sellan o deslizan.
- Mantén las paredes uniformes. En el moldeo y la fundición, los puntos gruesos se enfrían los últimos y pueden hundirse, alabearse o atrapar huecos; los nervios añaden rigidez sin paredes gruesas.
- Añade ángulo de desmoldeo y evita las contrasalidas. Una ligera conicidad y ningún detalle con ganchos dejan que la pieza salga recta del molde, así que el molde sigue siendo sencillo y barato.
- ¿Necesitas resistencia bajo cargas repetidas? Plantéate la forja. La forja hace que la fibra del metal siga la forma de la pieza, así que resiste mejor la fatiga que una pieza fundida.
- Las formas huecas y largas tienen sus propios procesos. Botellas y depósitos: moldeo por soplado o rotacional (2.3, 2.5). Perfiles largos y constantes: extrusión (3.3) o pultrusión (10.3).
- Planifica toda la cadena. La mayoría de las piezas se conforman y luego se mecanizan, se tratan térmicamente y se acaban, y cada paso añade coste y tiempo.
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