1. http://www.ingeelectronico.blogspot.com ManufacturA,
INGENIERA Y TecNOLOGA ManufacturA, INGENIERAY TecNOLOGA QUINTA
EDICIN S. Kalpakjian S. R. SchmidS. Kalpakjian S. R. Schmid QUINTA
EDICIN Esta nueva edicin de Kalpakjian est dirigida a los
estudiantes de las licenciaturas de manufac- tura, en el nivel
tcnico, de ingeniera en manufactura, ingeniera mecnica e ingeniera
industrial. El contenido se actualiz en su totalidad y aborda
aspectos fundamentales para la manufactura moderna, desde los temas
tradicionales como los procesos de fundicin, formado, maquinado y
unin, hasta temas avanzados como la fabricacin de dispositivos
microelectrnicos y siste- mas microelectromecnicos (MEMS). Lo nuevo
en esta edicin: Cada captulo comienza con una breve descripcin de
los objetivos del captulo, los temas por tratar y su relevancia.
Presenta dos captulos relativos a los temas de dispositivos
microelectrnicos y microelectromecnicos y sistemas de manufactura,
incluyendo el MEMS. Se incluyen alrededor de 120 ejemplos y
estudios de caso. Se actualizaron las preguntas y los problemas de
cada captulo, de los cuales aproxi- madamente 20% son nuevos. La
mayora de las ilustraciones se modificaron para mejorar el impacto
grfico y la claridad, adems de agregar una gran cantidad de
fotografas. CourseCompass es una plataforma para cursos en lnea que
Pearson Educacin ofrece como apoyo para sus libros de texto. Este
libro cuenta con un curso precargado en CourseCompass, que incluye
lecturas en PowerPoint, recursos para el profesor, manual de
soluciones, proyectos para tareas y Test Gen (generador de
exmenes). Para mayor informacin visite la pgina:
www.pearsoneducacion.net/kalpakjian Kalpakjian Schmid TM
2. http://www.ingeelectronico.blogspot.com LISTA DE TABLAS EN
EL LIBRO Introduccin General I.1 Nmero de partes en algunos
productos 2 I.2 Desarrollo histrico de materiales y procesos de
manufactura 5 I.3 Caractersticas generales de manufactura de
diversas aleaciones 17 I.4 Compensacin por hora aproximada relativa
para trabajadores manufactureros, 2003. Estados Unidos = 100. Los
costos de compensacin varan dependiendo de los beneficios y las
prestaciones 40 Part I Fundamentos de materiales: Comportamiento y
propiedades de manufactura 1.1 Tamaos de grano 55 1.2 Rangos de
temperatura homloga para diferentes procesos 60 2.1 Propiedades
mecnicas relativas de diversos metales a temperatura ambiente, en
orden decreciente. Los metales se encuentran en forma de aleacin 65
2.2 Propiedades mecnicas de diversos materiales a temperatura
ambiente 67 2.3 Valores caractersticos para K y n a temperatura
ambiente 72 2.4 Rangos caractersticos de deformacin y de velocidad
de deformacin en procesos de manufactura 75 3.1 Propiedades fsicas
de diversos materiales a temperatura ambiente 103 3.2 Propiedades
fsicas de materiales, en orden descendente 104 3.3 Relacin de
esfuerzo mximo a la fluencia con respecto a la densidad de algunos
metales 104 4.1 Descripcin de los procesos de tratamiento trmico
para endurecimiento superficial 138 5.1 Seleccin tpica de aceros al
carbono y aleados para diversas aplicaciones 156 5.2 Propiedades
mecnicas caractersticas de aceros al carbono y aleados
seleccionados, en condiciones de laminado en caliente, normalizado
y recocido 159 5.3 Denominacin AISI para hoja de acero de alta
resistencia 160 5.4 Propiedades mecnicas a temperatura ambiente y
aplicaciones tpicas de aceros inoxidables recocidos seleccionados
162 5.5 Tipos bsicos de aceros para matrices y herramentales 163
5.6 Caractersticas de procesamiento y de servicio de aceros comunes
para matrices y herramentales 164 5.7 Materiales tpicos para
matrices y herramental para trabajo de los metales 165 6.1 Costo
aproximado por unidad de volumen para metales forjables y plsticos,
en relacin con el costo del acero al carbono 170 6.2 Caractersticas
generales de los metales y aleaciones no ferrosas 170 6.3
Propiedades de aleaciones seleccionadas de aluminio a temperatura
ambiente 171 6.4 Propiedades de manufactura y aplicaciones tpicas
de aleaciones forjables de aluminio seleccionadas 172 6.5
Propiedades y formas tpicas de aleaciones forjables de magnesio
seleccionadas 176 6.6 Propiedades y aplicaciones tpicas de
aleaciones forjables de cobre y latones seleccionadas 177 6.7
Propiedades y aplicaciones tpicas de bronces forjables
seleccionadas 178 6.8 Propiedades y aplicaciones tpicas de
aleaciones de nquel seleccionadas (todos son nombres comerciales)
179 6.9 Propiedades y aplicaciones tpicas de superaleaciones base
nquel seleccionadas a 870 C (1600 F) (todos son nombres
comerciales) 180 6.10 Propiedades y aplicaciones tpicas de
aleaciones de titanio seleccionadas a diferentes temperaturas 181
7.1 Gama de propiedades mecnicas para diversos plsticos de
ingeniera a temperatura ambiente 192 7.2 Temperaturas de transicin
vtrea y de fusin de algunos polmeros 201 7.3 Recomendaciones
generales para productos plsticos 209 7.4 Nombres comerciales de
polmeros termoplsticos 209 8.1 Tipos y caractersticas generales de
los cermicos 222 8.2 Propiedades de diversos cermicos a temperatura
ambiente 225 8.3 Propiedades de diferentes vidrios 230 9.1 Tipos y
caractersticas generales de los materiales compsitos 240 9.2
Propiedades caractersticas de las fibras de refuerzo 242 9.3
Materiales y aplicaciones de compsitos de matriz metlica 252 9.4
Resumen de propiedades de fibras y materiales para un caliper
automotor de frenos 253 Parte II Procesos y equipo para la fundicin
de metales 10.1 Contraccin o dilatacin volumtrica por solidificacin
para diversos metales fundidos 275 11.1 Resumen de procesos de
fundicin 286 11.2 Caractersticas generales de los procesos de
fundicin 288 11.3 Propiedades y aplicaciones caractersticas de
algunas aleaciones comunes de fundicin a presin en matriz 308 12.1
Tolerancia normal a la contraccin para algunos metales fundidos en
moldes de arena 326 12.2 Aplicaciones comunes de las fundiciones y
caractersticas de fundicin 334 12.3 Propiedades y aplicaciones
comunes de los hierros fundidos 334 12.4 Propiedades mecnicas de
los hierros fundidos grises 335 12.5 Propiedades y aplicaciones
comunes de las aleaciones no ferrosas fundidas 335 12.6
Caractersticas generales de los costos de los procesos de fundicin
337 Parte III Procesos y equipo de formado y moldeado III.1
Caractersticas generales de los procesos de formado y moldeado 346
14.1 Caractersticas generales de los procesos de forjado 373 14.2
Intervalo de valores de k para la ecuacin 14.2 378 14.3
Clasificacin de metales en orden decreciente de forjabilidad 386
14.4 Intervalos caractersticos de velocidades del equipo de forjado
390 14.5 Comparacin de diseos de soportes de suspensin del automvil
Lotus Elise 395 15.1 Intervalos caractersticos de temperaturas de
extrusin para diversos metales y aleaciones 406 16.1 Caractersticas
generales de los procesos de formado de hojas metlicas (en orden
alfabtico) 426 16.2 Caractersticas importantes de los metales en
las operaciones de formado de hojas (lminas) 436 16.3 Radio mnimo
de doblado para diversos metales a temperatura ambiente 442 16.4
Intervalos caractersticos de anisotropa normal promedio, Rprom para
diferentes hojas (lminas) metlicas 454 17.1 Presiones de compactado
para diversos polvos 493 17.2 Temperatura y tiempo de sinterizacin
para diversos metales 499 17.3 Propiedades mecnicas de materiales
seleccionados de P/M 501 17.4 Comparacin de propiedades mecnicas de
algunos metales forjados y de P/M equivalentes (slo sinterizados)
502 17.5 Comparacin de propiedades mecnicas de la aleacin de
titanio Ti-6AL-4V 502 17.6 Partes de titanio forjadas y de P/M y
ahorro en los costos 509 18.1 Caractersticas generales del
procesamiento de cermicos 514
3. http://www.ingeelectronico.blogspot.com FACTOR DE CONVERSIN
PARA UNIDADES SI PROPIEDAD PARA CONVERTIR DE A MULTIPLICAR POR
Aceleracin pie/s2 m/s2 ngulo grado rad minuto rad segundo rad rea
pulg2 m2 pie2 m2 pulg2 mm2 pie2 mm2 Densidad lb/pulg3 kg/m3 Energa
pie lb J 1.356 Btu J calora J 4.184 J Fuerza kgf N 9.807 lb N 4.448
Longitud pulg m pie m Masa lb kg tonelada (mtrica) kg tonelada
(corta) kg Potencia hp W Btu/min W pie lb/min W Presin, esfuerzo
lb/pulg2 Pa bar Pa atmsfera Pa Trmica Btu/h pie F 1.730 Torque lb
pulg lb pie 1.356 Velocidad pie/min m/s rpm rad/s Volumen pulg3
pie3 pulg3 pie3 galn (EUA) litro 3.785 OTRAS CONVERSIONES lb/pulg2
lb/pulg3 g/cm3 MPa 9.807 Btu/h pie F cal/s cm C onza g micropulgada
micra angstrom m tonelada mtrica kg tonelada corta lb 2.240 * 103
103 10-10 2.540 * 10-2 2.835 * 10 4.134 * 10-3#### kg>mm2 2.768
* 10 7.030 * 10-4 kgf>mm2 2.832 * 107 mm3 1.639 * 104 mm3 2.832
* 10-2 m3 1.639 * 10-5 m3 1.047 * 10-1 5.080 * 10-3 N # m# 1.130 *
10-1 N # m# 4.184 * 103 J/kg # KBtu>lb # F 4.184 * 102 W/m #
Kcal>s.cm # C W/m # K## 1.013 * 105 1.000 * 105 6.895 * 103
2.260 * 10-2# 1.757 * 10 7.457 * 102 9.072 * 102 1.000 * 103 4.536
* 10-1 3.048 * 10-1 2.540 * 10-2 3.600 * 103 watt # h 1.054 * 103 #
2.768 * 104 9.290 * 104 6.452 * 102 9.290 * 10-2 6.452 * 10-4 4.848
* 10-6 2.909 * 10-4 1.745 * 10-2 3.048 * 10-1
4. http://www.ingeelectronico.blogspot.com 19.1 Caractersticas
generales de los procesos de formado y moldeo para plsticos y
materiales compsitos 535 19.2 Comparativo de caractersticas de
produccin de diversos mtodos de moldeo 574 20.1 Caractersticas de
las tecnologas de produccin aditiva de pro- totipos rpidos 582 20.2
Propiedades mecnicas de materiales seleccionados para pro- duccin
de prototipos rpidos 582 Parte IV Procesos de maquinado y mquinas
herramienta 21.1 Factores que influyen en las operaciones de
maquinado 610 21.2 Intervalo aproximado de requerimientos de energa
en las op- eraciones de corte por lo que se refiere al motor de ac-
cionamiento de la mquina herramienta (multiplicar por 1.25 para
herramientas desafiladas) 622 21.3 Intervalos de valores de n para
la ecuacin de Taylor (21.20a) en diversos materiales para
herramientas 628 21.4 Profundidad de desgaste permisible promedio
(ver VB en la fig. 21.15c) para herramientas de corte en diversas
operaciones de maquinado 631 22.1 Propiedades generales de los
materiales para herramientas 649 22.2 Caractersticas generales de
los materiales para herramientas de corte (estos materiales para
herramientas tienen una amplia variedad de composiciones y
propiedades. En muchas categoras de materiales para herramientas
existen traslapes) 650 22.3 Caractersticas generales de operacin de
los materiales para herramientas de corte 651 22.4 Clasificacin ISO
de las herramientas de corte de carburos de acuerdo con su uso 656
22.5 Clasificacin de los carburos de tungsteno de acuerdo con sus
aplicaciones de maquinado 657 23.1 Caractersticas generales de los
procesos de maquinado y toler- ancias dimensionales caractersticas
676 23.2 Recomendaciones generales de ngulos de herramientas en
torneado 678 23.3 Resumen de parmetros y frmulas de torneado 680
23.4 Recomendaciones generales para operaciones de torneado 682
23.5 Recomendaciones generales de fluidos de corte para maquina- do
(ver tambin captulo 33) 685 23.6 Capacidades tpicas y mximas
dimensiones de piezas de traba- jo para mquinas herramienta 688
23.7 Datos para el ejemplo 23.3 696 23.8 Velocidades normales de
produccin para diversas operaciones de maquinado 696 23.9 Gua
general de resolucin de problemas para operaciones de torneado 699
23.10 Capacidades generales de las operaciones de taladrado y man-
drinado 706 23.11 Recomendaciones generales de velocidades y
avances en tal- adrado 711 23.12 Gua general de resolucin de
problemas para operaciones de taladrado 712 24.1 Resumen de
parmetros y frmulas del fresado perifrico 727 24.2 Recomendaciones
generales para operaciones de fresado 736 24.3 Gua general de
resolucin de problemas para operaciones de fresado 737 25.1
Comparacin de condiciones de maquinado convencional con- tra
maquinado de media luna roja 780 26.1 Intervalos de dureza Knoop
para diversos materiales y abra- sivos 792 26.2 Requerimientos
aproximados de energa especfica para rectifi- cado de superficies
801 26.3 Intervalos caractersticos de velocidades y avances para
proce- sos abrasivos 808 26.4 Caractersticas generales de los
procesos y mquinas para el maquinado abrasivo 809 26.5
Recomendaciones generales para fluidos para rectificado 817 27.1
Caractersticas generales de los procesos de maquinado avanza- do
837 27.2 Aplicaciones generales de los rayos lser en la manufactura
851 Parte V Fabricacin de dispositivos microelectrnicos y
micromanufactura 28.1 Caractersticas generales de las tcnicas de
litografa 879 28.2 Caractersticas generales de las operaciones de
ataque (graba- do) de silicio 885 28.3 Comparacin de velocidades de
ataque 886 29.1 Comparacin de tcnicas de manufactura de micromoldes
923 29.2 Comparacin de propiedades de materiales de imanes perma-
nentes 924 Parte VI Procesos y equipo para unin VI.1 Comparacin de
diversos mtodos de unin 939 30.1 Caractersticas generales de los
procesos de soldadura por fusin 941 30.2 Designacin de electrodos
de acero dulce recubiertos 955 32.1 Metales de aporte comunes para
la soldadura fuerte de diversos metales y aleaciones 1006 32.2
Tipos de aleaciones de soldadura blanda y sus aplicaciones 1010
32.3 Propiedades y caractersticas comunes de los adhesivos estruc-
turales qumicamente reactivos 1015 32.4 Caractersticas generales de
los adhesivos 1016 Parte VII Tecnologa de superficies 34.1
Recubrimientos cermicos para aplicaciones de alta temperatu- ra
1076 Parte VIII Aspectos comunes de la manufactura 36.1 Expectativa
de vida de algunos productos 1112 36.2 Los 14 puntos de Deming 1114
36.3 Constantes para las tablas de control 1126 36.4 Datos para el
ejemplo 36.3 1129 Parte IX Manufactura en un ambiente competitivo
37.1 Desarrollo en la historia de la automatizacin de los procesos
de manufactura 1146 37.2 Cantidad aproximada de produccin anual
1149 39.1 Comparacin de caractersticas generales de lneas de
transfer- encia y sistemas flexibles de manufactura 1222 40.1
Referencias a diferentes temas en este libro 1240 40.2 Costo
relativo de reparacin en diferentes etapas de desarrollo y venta
del producto 1244 40.3 Expectativa de vida promedio para diferentes
productos. Ver tambin tabla 36.1 1244 40.4 Formas de materiales
disponibles comercialmente 1247 40.5 Costo aproximado por unidad de
volumen para metales for- jables y polmeros, en relacin con el
costo del acero al carbono 1249 40.6 Intervalos aproximados de
desperdicio generado en diferentes procesos de manufactura 1250
40.7 Cambios de materiales del avin militar de carga C-5A al C-5B
1252 40.8 Caractersticas generales de los procesos de manufactura
para diferentes metales y aleaciones 1258 40.9 Costos relativos
para maquinaria y equipo (los costos varan mucho, dependiendo del
tamao, capacidad, opciones y nivel de automatizacin y de control
por computadora. Ver tambin las secciones de economa en diferentes
captulos) 1263 40.10 Aspectos de diseo para contenedores de solucin
intravenosa 1268
5. http://www.ingeelectronico.blogspot.com
6. http://www.ingeelectronico.blogspot.com Manufactura,
ingeniera y tecnologa Q U I N T A E D I C I N Serope Kalpakjian
Illinois Institute of Technology Steven R. Schmid The University of
Notre Dame TRADUCCIN Jaime Espinosa Limn Ingeniero mecnico REVISIN
TCNICA Francisco Javier Sandoval Palafox Ulises Figueroa Lpez
Departamento de Ingeniera Mecnica y Mecatrnica Instituto Tecnolgico
y de Estudios Superiores de Monterrey Campus Estado de Mxico
Roberto Hernndez Crdenas Departamentos de Ingeniera Mecatrnica e
Ingeniera Industrial Tecnolgico de Estudios Superiores de
Jilotepec
7. http://www.ingeelectronico.blogspot.com Authorized
translation from the English language edition, entitled
Manufacturing engineering and technology, 5th edition by Serope
Kalpakjian and Steven Schmid, published by Pearson Education, Inc.,
publishing as Prentice Hall, Copyright 2006. All rights reserved.
ISBN 0-13-148965-8 Traduccin autorizada de la edicin en idioma
ingls, Manufacturing engineering and technology, 5a edicin por
Serope Kalpakjian y Steven Schmid, publicada por Pearson Education,
Inc., publicada como Prentice Hall, Copyright 2006. Todos los
derechos reservados. Esta edicin en espaol es la nica autorizada.
Edicin en espaol Editor: Luis Miguel Cruz Castillo e-mail:
[email protected] Editora de desarrollo: Claudia Celia
Martnez Amign Supervisor de produccin: Jos D. Hernndez Garduo
Edicin en ingls Vice President and Editorial Director, ECS: Marcia
J. Horton Executive Editor: Eric Svendsen Associate Editor: Dee
Bernhard Executive Managing Editor: Vince OBrien Managing Editor:
David A. George Production Editor: Rose Kernan Director of Creative
Services: Paul Belfanti Creative Director: Heather Scott Cover
Designer: John Christiana Art Editor: Xiaohong Zhu Manufacturing
Manager: Alexis Heydt-Long Manufacturing Buyer: Lisa McDowell
Senior Marketing Manager: Holly Stark QUINTA EDICIN 2008 D.R. 2008
por Pearson Educacin de Mxico, S.A. de C.V. Atlacomulco 500, 5 piso
Col. Industrial Atoto 53519 Naucalpan de Jurez, Edo. de Mxico
E-mail: [email protected] Cmara Nacional de la
Industria Editorial Mexicana. Reg. Nm. 1031. Prentice Hall es una
marca registrada de Pearson Educacin de Mxico, S.A. de C.V.
Reservados todos los derechos. Ni la totalidad ni parte de esta
publicacin pueden reproducirse, registrarse o transmitirse, por un
sistema de recu- peracin de informacin, en ninguna forma ni por
ningn medio, sea electrnico, mecnico, fotoqumico, magntico o
electroptico, por fotocopia, grabacin o cualquier otro, sin permiso
previo por escrito del editor. El prstamo, alquiler o cualquier
otra forma de cesin de uso de este ejemplar requerir tambin la
autorizacin del editor o de sus representantes. ISBN 10:
970-26-1026-5 ISBN 13: 978-970-26-1026-7 Impreso en Mxico. Printed
in Mexico. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 - 11 10 09 08 Datos de catalogacin
bibliogrfica KALPAKJIAN, SEROPE Manufactura, ingeniera y tecnologa.
Quinta edicin PEARSON EDUCACIN, Mxico, 2008 ISBN: 978-970-26-1026-7
rea: Ingeniera Formato: 21 27 cm Pginas: 1328
8. http://www.ingeelectronico.blogspot.com a una hermana
especial Mari Yegiyayan con gratitud y a una maravillosa hija Carly
Petronis Schmid
9. http://www.ingeelectronico.blogspot.com
10. http://www.ingeelectronico.blogspot.com CONTENIDO Prefacio
xxiii Acerca de los autores xxvii Introduccin general 1 I.1 Qu es
la manufactura? 1 I.2 El proceso de diseo del producto y la
ingeniera concurrente 11 I.3 Diseo para manufactura, ensamble,
desensamble y servicio 14 I.4 Seleccin de materiales 16 I.5
Seleccin de procesos de manufactura 19 I.6 Diseo y manufactura
consciente del medio ambiente 32 I.7 Manufactura integrada por
computadora 33 I.8 Produccin esbelta y manufactura gil 37 I.9
Aseguramiento de la calidad y administracin de la calidad total 38
I.10 Competitividad global y costos de manufactura 39 I.11
Tendencias generales en la manufactura 41 Parte I: Fundamentos de
materiales: comportamiento y propiedades de manufactura 43 1 La
estructura de los metales 46 1.1 Introduccin 46 1.2 Estructura
cristalina de los metales 47 1.3 Deformacin y resistencia de los
monocristales 50 1.4 Granos y lmites de granos 54 1.5 Deformacin
plstica de los metales policristalinos 57 1.6 Recuperacin,
recristalizacin y crecimiento de grano 58 1.7 Trabajado en fro, a
temperatura media y en caliente 60 Resumen 61 Trminos clave 61
Bibliografa 62 Preguntas de repaso 62 Problemas cualitativos 62
Problemas cuantitativos 63 Sntesis, diseo y proyectos 63 2
Comportamiento mecnico, ensayos y propiedades de manufactura de los
materiales 64 2.1 Introduccin 64 2.2 Tensin 65 2.3 Compresin 76
vii
11. http://www.ingeelectronico.blogspot.com 2.4 Torsin 78 2.5
Flexin 78 2.6 Dureza 79 2.7 Fatiga 83 2.8 Termofluencia 86 2.9
Impacto 87 2.10 Falla y fractura de los materiales en la
manufactura y servicio 87 2.11 Esfuerzos residuales 94 2.12
Trabajo, calor y temperatura 96 Resumen 97 Trminos clave 98
Bibliografa 98 Preguntas de repaso 98 Problemas cualitativos 99
Problemas cuantitativos 99 Sntesis, diseo y proyectos 101 3
Propiedades fsicas de los materiales 102 3.1 Introduccin 102 3.2
Densidad 103 3.3 Punto de fusin 106 3.4 Calor especfico 106 3.5
Conductividad trmica 107 3.6 Dilatacin trmica 107 3.7 Propiedades
elctricas, magnticas y pticas 108 3.8 Resistencia a la corrosin 109
Resumen 111 Trminos clave 111 Bibliografa 112 Preguntas de repaso
112 Problemas cualitativos 112 Problemas cuantitativos 112 Sntesis,
diseo y proyectos 113 4 Aleaciones metlicas: estructura y
reforzamiento mediante tratamiento trmico 114 4.1 Introduccin 114
4.2 Estructura de las aleaciones 115 4.3 Diagramas de fase 118 4.4
El sistema hierro-carbono 121 4.5 Diagrama de fases hierro-carburo
de hierro y el desarrollo de microestructuras en los aceros 123 4.6
Hierros fundidos 125 4.7 Tratamiento trmico de las aleaciones
ferrosas 127 4.8 Templabilidad de las aleaciones ferrosas 132 4.9
Tratamiento trmico de las aleaciones no ferrosas y los aceros
inoxidables 134 4.10 Endurecimiento superficial 136 4.11 Recocido
137 4.12 Hornos y equipo para tratamiento trmico 142 4.13
Consideraciones de diseo para el tratamiento trmico 144 Resumen 145
Trminos clave 145 Bibliografa 146 Preguntas de repaso 146 Problemas
cualitativos 146 Problemas cuantitativos 147 Sntesis, diseo y
proyectos 147 viii Contenido
12. http://www.ingeelectronico.blogspot.com 5 Metales y
aleaciones ferrosas: produccin, propiedades generales y
aplicaciones 149 5.1 Introduccin 149 5.2 Produccin de hierro y
acero 150 5.3 Fundicin de lingotes 153 5.4 Colada continua 154 5.5
Aceros al carbono y aleados 156 5.6 Aceros inoxidables 161 5.7
Aceros para matrices y herramentales 163 Resumen 165 Trminos clave
166 Bibliografa 166 Preguntas de repaso 166 Problemas cualitativos
167 Problemas cuantitativos 167 Sntesis, diseo y proyectos 168 6
Metales y aleaciones no ferrosas: produccin, propiedades generales
y aplicaciones 169 6.1 Introduccin 169 6.2 Aluminio y sus
aleaciones 170 6.3 Magnesio y sus aleaciones 174 6.4 Cobre y sus
aleaciones 176 6.5 Nquel y sus aleaciones 178 6.6 Superaleaciones
179 6.7 Titanio y sus aleaciones 180 6.8 Metales y aleaciones
refractarias 181 6.9 Berilio 183 6.10 Zirconio 183 6.11 Aleaciones
de baja fusin 183 6.12 Metales preciosos 185 6.13 Aleaciones con
memoria de forma 185 6.14 Aleaciones amorfas (vidrios metlicos) 186
6.15 Espumas metlicas 186 6.16 Nanomateriales 186 Resumen 187
Trminos clave 188 Bibliografa 188 Preguntas de repaso 188 Problemas
cualitativos 189 Problemas cuantitativos 189 Sntesis, diseo y
proyectos 190 7 Polmeros: estructura, propiedades generales y
aplicaciones 191 7.1 Introduccin 191 7.2 Estructura de los polmeros
193 7.3 Termoplsticos 202 7.4 Plsticos termofijos 206 7.5 Aditivos
en plsticos 207 7.6 Propiedades generales y aplicaciones de los
termoplsticos 208 Contenido ix
13. http://www.ingeelectronico.blogspot.com 7.7 Propiedades
generales y aplicaciones de los plsticos termofijos 211 7.8
Plsticos biodegradables 212 7.9 Elastmeros (hules) 214 Resumen 215
Trminos clave 216 Bibliografa 216 Preguntas de repaso 217 Problemas
cualitativos 217 Problemas cuantitativos 218 Sntesis, diseo y
proyectos 218 8 Cermicos, grafito y diamante: estructura,
propiedades generales y aplicaciones 219 8.1 Introduccin 219 8.2
Estructura de los cermicos 220 8.3 Propiedades generales y
aplicaciones de los cermicos 224 8.4 Vidrios 229 8.5 Cermicos
vidriados 231 8.6 Grafito 232 8.7 Diamante 233 Resumen 234 Trminos
clave 235 Bibliografa 235 Preguntas de repaso 235 Problemas
cualitativos 236 Problemas cuantitativos 236 Sntesis, diseo y
proyectos 237 9 Materiales compsitos: estructura, propiedades
generales y aplicaciones 238 9.1 Introduccin 238 9.2 Estructura de
los plsticos reforzados 239 9.3 Propiedades de los plsticos
reforzados 244 9.4 Aplicaciones de los plsticos reforzados 248 9.5
Compsitos de matriz metlica 251 9.6 Compsitos de matriz cermica 253
9.7 Otros compsitos 254 Resumen 254 Trminos clave 255 Bibliografa
255 Preguntas de repaso 255 Problemas cualitativos 256 Problemas
cuantitativos 257 Sntesis, diseo y proyectos 257 Parte II: Procesos
y equipo para la fundicin de metales 259 10 Fundamentos de la
fundicin de metales 261 10.1 Introduccin 261 10.2 Solidificacin de
los metales 262 10.3 Flujo del fluido 267 10.4 Fluidez del metal
fundido 270 x Contenido
14. http://www.ingeelectronico.blogspot.com 10.5 Transferencia
de calor 272 10.6 Defectos 275 Resumen 281 Trminos clave 281
Bibliografa 282 Preguntas de repaso 282 Problemas cualitativos 282
Problemas cuantitativos 283 Sntesis, diseo y proyectos 284 11
Procesos de fundicin de metales 285 11.1 Introduccin 285 11.2
Procesos de fundicin de molde desechable 287 11.3 Procesos de
fundicin en molde permanente 303 11.4 Tcnicas de fundicin para
componentes monocristalinos 312 11.5 Solidificacin rpida 314 11.6
Inspeccin de las fundiciones 314 11.7 Prcticas y hornos para fusin
315 11.8 Talleres de fundicin y su automatizacin 316 Resumen 317
Trminos clave 318 Bibliografa 318 Preguntas de repaso 319 Problemas
cualitativos 319 Problemas cuantitativos 320 Sntesis, diseo y
proyectos 321 12 Fundicin de metales: diseo, materiales y economa
323 12.1 Introduccin 323 12.2 Consideraciones de diseo en la
fundicin 323 12.3 Aleaciones para fundicin 332 12.4 Economa de la
fundicin 337 Resumen 339 Trminos clave 339 Bibliografa 339
Preguntas de repaso 340 Problemas cualitativos 340 Problemas
cuantitativos 341 Sntesis, diseo y proyectos 341 Parte III:
Procesos y equipo de formado y moldeado 344 13 Laminacin de metales
347 13.1 Introduccin 347 13.2 Proceso de laminacin plana 349 13.3
Prctica de laminacin plana 354 13.4 Molinos de laminacin 358 13.5
Diversos procesos y molinos de laminacin 360 Resumen 368 Trminos
clave 368 Bibliografa 369 Preguntas de repaso 369 Problemas
cualitativos 369 Problemas cuantitativos 370 Sntesis, diseo y
proyectos 370 Contenido xi
15. http://www.ingeelectronico.blogspot.com 14 Forjado de
metales 371 14.1 Introduccin 371 14.2 Forjado de matriz abierta 373
14.3 Forjado por matriz de impresin y de matriz cerrada 376 14.4
Diversas operaciones de forjado 380 14.5 Forjabilidad de los
metales. Defectos del forjado 384 14.6 Diseo de matrices,
materiales para matrices y lubricacin 387 14.7 Mtodos de
manufactura de matrices. Fallas en las matrices 388 14.8 Mquinas
para forjado 390 14.9 Economa del forjado 392 Resumen 396 Trminos
clave 396 Bibliografa 396 Preguntas de repaso 397 Problemas
cualitativos 397 Problemas cuantitativos 398 Sntesis, diseo y
proyectos 398 15 Extrusin y estirado (trefilado) de metales 400
15.1 Introduccin 400 15.2 El proceso de extrusin 402 15.3 Extrusin
en caliente 405 15.4 Extrusin en fro 409 15.5 Defectos de la
extrusin 413 15.6 Equipo para extrusin 414 15.7 El proceso de
estirado (trefilado) 415 15.8 Prctica de estirado 416 15.9 Defectos
del estirado y esfuerzos residuales 419 15.10 Equipo para estirado
419 Resumen 420 Trminos clave 421 Bibliografa 421 Preguntas de
repaso 421 Problemas cualitativos 422 Problemas cuantitativos 422
Sntesis, diseo y proyectos 423 16 Proceso de formado de hojas
metlicas 424 16.1 Introduccin 424 16.2 Cizallado 425 16.3
Caractersticas y formabilidad de las hojas metlicas 435 16.4
Pruebas de formabilidad para hojas metlicas 437 16.5 Doblado de
hojas, placas y tubos 440 16.6 Operaciones diversas de doblado y
otras relacionadas 445 16.7 Embutido profundo 451 16.8 Formado con
hule 460 16.9 Rechazado 461 xii Contenido
16. http://www.ingeelectronico.blogspot.com 16.10 Formado
superplstico 463 16.11 Procesos especializados de formado 465 16.12
Manufactura de estructuras metlicas tipo panal 470 16.13
Consideraciones de diseo en el formado de hojas metlicas 471 16.14
Prensas de formado de hojas metlicas 474 16.15 Economa de las
operaciones de formado de hojas metlicas 476 Resumen 477 Trminos
clave 478 Bibliografa 478 Preguntas de repaso 479 Problemas
cualitativos 479 Problemas cuantitativos 480 Sntesis, diseo y
proyectos 481 17 Procesamiento de los polvos metlicos 483 17.1
Introduccin 483 17.2 Produccin de polvos metlicos 484 17.3
Compactacin de los polvos metlicos 490 17.4 Sinterizado 499 17.5
Operaciones secundarias y de acabado 503 17.6 Consideraciones de
diseo 505 17.7 Capacidades del proceso 508 17.8 Economa de la
metalurgia de polvos 508 Resumen 509 Trminos clave 510 Bibliografa
510 Preguntas de repaso 510 Problemas cualitativos 511 Problemas
cuantitativos 511 Sntesis, diseo y proyectos 512 18 Procesamiento
de cermicos, vidrio y superconductores 513 18.1 Introduccin 513
18.2 Moldeado de cermicos 514 18.3 Formado y moldeado de vidrio 521
18.4 Tcnicas para reforzamiento y recocido del vidrio 525 18.5
Consideraciones de diseo para cermicos y vidrios 528 18.6
Procesamiento de superconductores 529 Resumen 530 Trminos clave 531
Bibliografa 531 Preguntas de repaso 532 Problemas cualitativos 532
Problemas cuantitativos 533 Sntesis, diseo y proyectos 533 19
Formado y moldeo de plsticos y materiales compsitos 534 19.1
Introduccin 534 19.2 Extrusin 536 19.3 Moldeo por inyeccin 544
Contenido xiii
17. http://www.ingeelectronico.blogspot.com 19.4 Moldeo por
soplado 552 19.5 Rotomoldeo 554 19.6 Termoformado 555 19.7 Moldeo
por compresin 556 19.8 Moldeo por transferencia 557 19.9 Colado 558
19.10 Moldeo de espuma 559 19.11 Formado en fro y formado de fase
slida 560 19.12 Procesamiento de elastmeros 561 19.13 Procesamiento
de compsitos de matriz polimrica 562 19.14 Procesamiento de
compsitos de matriz metlica y de matriz cermica 570 19.15
Consideraciones de diseo 572 19.16 Economa del procesamiento de
plsticos y materiales compsitos 574 Resumen 575 Trminos clave 575
Bibliografa 576 Preguntas de repaso 577 Problemas cualitativos 577
Problemas cuantitativos 578 Sntesis, diseo y proyectos 578 20
Operaciones de produccin de prototipos rpidos 580 20.1 Introduccin
580 20.2 Procesos sustractivos 582 20.3 Procesos aditivos 583 20.4
Produccin de prototipos virtuales 594 20.5 Manufactura directa y
fabricacin rpida de herramentales 594 Resumen 599 Trminos clave 600
Bibliografa 600 Preguntas de repaso 600 Problemas cualitativos 601
Problemas cuantitativos 601 Sntesis, diseo y proyectos 601 Parte
IV: Procesos de maquinado y mquinas herramienta 603 21 Fundamentos
del maquinado 607 21.1 Introduccin 607 21.2 Mecnica del corte 609
21.3 Fuerzas y potencia de corte 620 21.4 Temperaturas en el corte
623 21.5 Vida til de la herramienta: desgaste y falla 626 21.6
Acabado superficial e integridad 635 21.7 Maquinabilidad 638
Resumen 642 Trminos clave 642 Bibliografa 643 Preguntas de repaso
643 Problemas cualitativos 644 Problemas cuantitativos 644 Sntesis,
diseo y proyectos 645 xiv Contenido
18. http://www.ingeelectronico.blogspot.com 22 Materiales para
herramientas de corte y fluidos de corte 647 22.1 Introduccin 647
22.2 Aceros de alta velocidad 652 22.3 Aleaciones de cobalto
fundido 653 22.4 Carburos 653 22.5 Herramientas recubiertas 656
22.6 Cermicos base almina 661 22.7 Nitruro de boro cbico 662 22.8
Cermicos base nitruro de silicio 663 22.9 Diamante 663 22.10
Materiales para herramientas reforzados con triquitas 664 22.11
Costos y reacondicionamiento de las herramientas 664 22.12 Fluidos
de corte 665 Resumen 670 Trminos clave 670 Bibliografa 671
Preguntas de repaso 671 Problemas cualitativos 671 Problemas
cuantitativos 672 Sntesis, diseo y proyectos 673 23 Procesos de
maquinado utilizados para producir formas redondas: torneado y
produccin de orificios 674 23.1 Introduccin 674 23.2 Proceso de
torneado 676 23.3 Tornos y operaciones en el torno 686 23.4
Mandrinado y mquinas para mandrinar 703 23.5 Taladrado, brocas y
taladros 704 23.6 Rimado y rimas 714 23.7 Machueleado y machuelos
716 Resumen 718 Trminos clave 719 Bibliografa 719 Preguntas de
repaso 720 Problemas cualitativos 720 Problemas cuantitativos 721
Sntesis, diseo y proyectos 721 24 Procesos de maquinado utilizados
para producir diferentes formas: fresado, brochado, aserrado y
limado; manufactura de engranes 723 24.1 Introduccin 723 24.2
Fresado y fresadoras 724 24.3 Cepillado 741 24.4 Brochado y
brochadoras 742 24.5 Aserrado 745 Contenido xv
19. http://www.ingeelectronico.blogspot.com 24.6 Limado 748
24.7 Manufactura de engranes mediante maquinado 749 Resumen 756
Trminos clave 756 Bibliografa 756 Preguntas de repaso 757 Problemas
cualitativos 757 Problemas cuantitativos 758 Sntesis, diseo y
proyectos 758 25 Centros de maquinado, conceptos y estructuras de
maquinado avanzado y economa del maquinado 760 25.1 Introduccin 760
25.2 Centros de maquinado 761 25.3 Estructuras de las mquinas
herramienta 770 25.4 Vibracin y traqueteo en las operaciones de
maquinado 775 25.5 Maquinado de alta velocidad 778 25.6 Maquinado
duro 781 25.7 Maquinado de ultraprecisin 782 25.8 Economa del
maquinado 783 Resumen 786 Trminos clave 787 Bibliografa 787
Preguntas de repaso 787 Problemas cualitativos 788 Problemas
cuantitativos 788 Sntesis, diseo y proyectos 789 26 Operaciones de
maquinado abrasivo y de acabado 790 26.1 Introduccin 790 26.2
Abrasivos y abrasivos aglutinados 792 26.3 Proceso de rectificado
798 26.4 Operaciones de rectificado y rectificadoras 808 26.5
Consideraciones de diseo para el rectificado 818 26.6 Maquinado
ultrasnico 818 26.7 Operaciones de acabado 820 26.8 Operaciones de
rebabeo 825 26.9 Economa de las operaciones de maquinado abrasivo y
de acabado 828 Resumen 829 Trminos clave 830 Bibliografa 830
Preguntas de repaso 831 Problemas cualitativos 831 Problemas
cuantitativos 832 Sntesis, diseo y proyectos 833 27 Procesos de
maquinado avanzado 835 27.1 Introduccin 835 27.2 Maquinado qumico
836 27.3 Maquinado electroqumico 841 27.4 Rectificacin
electroqumica 845 27.5 Maquinado por descarga elctrica
(electroerosinado) 846 xvi Contenido
20. http://www.ingeelectronico.blogspot.com 27.6 Maquinado por
rayo lser 851 27.7 Maquinado por haz de electrones 854 27.8
Maquinado por chorro de agua 855 27.9 Maquinado por chorro abrasivo
858 27.10 Economa de los procesos de maquinado avanzado 858 Resumen
861 Trminos clave 861 Bibliografa 862 Preguntas de repaso 862
Problemas cualitativos 862 Problemas cuantitativos 863 Sntesis,
diseo y proyectos 863 Parte V: Fabricacin de dispositivos
microelectrnicos y micromanufactura 865 28 Fabricacin de
dispositivos microelectrnicos 868 28.1 Introduccin 868 28.2 Cuartos
limpios 871 28.3 Silicio y semiconductores 872 28.4 Crecimiento de
cristales y preparacin de obleas 874 28.5 Deposicin de pelcula 875
28.6 Oxidacin 877 28.7 Litografa 878 28.8 Ataque (grabado) 885 28.9
Difusin e implantacin de iones 893 28.10 Metalizacin y prueba 895
28.11 Unin de cables y empaque 897 28.12 Rendimiento y
confiabilidad 900 28.13 Tarjetas de circuitos impresos 901 Resumen
903 Trminos clave 903 Bibliografa 904 Preguntas de repaso 905
Problemas cualitativos 905 Problemas cuantitativos 906 Sntesis,
diseo y proyectos 907 29 Fabricacin de dispositivos y sistemas
microelectromecnicos (MEMS) 29.1 Introduccin 908 29.2
Micromaquinado de los dispositivos MEMS 909 29.3 Proceso de
microfabricacin LIGA 920 29.4 Fabricacin sin materia slida de
dispositivos 927 Resumen 932 Trminos clave 933 Bibliografa 933
Preguntas de repaso 934 Problemas cualitativos 934 Problemas
cuantitativos 935 Sntesis, diseo y proyectos 935 Contenido
xvii
21. http://www.ingeelectronico.blogspot.com Parte VI: Procesos
y equipo para unin 936 30 Procesos de soldadura por fusin 940 30.1
Introduccin 940 30.2 Soldadura con oxgeno y combustible gaseosos
941 30.3 Procesos de soldadura por arco: electrodo no consumible
944 30.4 Procesos de soldadura por arco: electrodo consumible 948
30.5 Electrodos para soldadura por arco 954 30.6 Soldadura por haz
de electrones 956 30.7 Soldadura por rayo lser 956 30.8 Corte 958
30.9 Unin soldada, calidad y pruebas 960 30.10 Diseo de la unin y
seleccin del proceso 971 Resumen 975 Trminos clave 975 Bibliografa
976 Preguntas de repaso 976 Problemas cualitativos 977 Problemas
cuantitativos 978 Sntesis, diseo y proyectos 978 31 Procesos de
soldadura de estado slido 980 31.1 Introduccin 980 31.2 Soldadura
en fro y unin por laminacin 981 31.3 Soldadura ultrasnica 982 31.4
Soldadura por friccin 983 31.5 Soldadura por resistencia 986 31.6
Soldadura por explosin 995 31.7 Unin por difusin 996 31.8 Economa
de las operaciones de soldadura 998 Resumen 999 Trminos clave 1000
Bibliografa 1000 Preguntas de repaso 1000 Problemas cualitativos
1001 Problemas cuantitativos 1001 Sntesis, diseo y proyectos 1002
32 Procesos de soldadura fuerte, blanda, unin con adhesivos y
sujecin mecnica 1003 32.1 Introduccin 1003 32.2 Soldadura fuerte
1004 32.3 Soldadura blanda 1009 32.4 Unin con adhesivos 1014 32.5
Sujecin mecnica 1023 32.6 Unin de plsticos, cermicos y vidrios 1027
32.7 Economa de las operaciones de unin 1030 Resumen 1031 Trminos
clave 1031 Bibliografa 1031 Preguntas de repaso 1032 Problemas
cualitativos 1032 Problemas cuantitativos 1033 Sntesis, diseo y
proyectos 1033 xviii Contenido
22. http://www.ingeelectronico.blogspot.com Parte VII:
Tecnologa de superficies 1034 33 Rugosidad y medicin superficial;
friccin, desgaste y lubricacin 1036 33.1 Introduccin 1036 33.2
Estructura e integridad superficial 1037 33.3 Textura y rugosidad
superficial 1038 33.4 Friccin 1043 33.5 Desgaste 1046 33.6
Lubricacin 1050 33.7 Fluidos para el trabajo de los metales y su
seleccin 1052 Resumen 1055 Trminos clave 1056 Bibliografa 1057
Preguntas de repaso 1057 Problemas cualitativos 1057 Problemas
cuantitativos 1058 Sntesis, diseo y proyectos 1058 34 Tratamientos,
recubrimientos y limpieza de las superficies 1059 34.1 Introduccin
1059 34.2 Tratamientos superficiales mecnicos 1060 34.3 Deposicin y
revestimiento mecnico 1062 34.4 Endurecimiento superficial y
recubrimiento duro 1062 34.5 Rociado trmico 1063 34.6 Deposicin de
vapor 1065 34.7 Implantacin de iones y recubrimiento por difusin
1068 34.8 Tratamientos lser 1068 34.9 Electrodeposicin, deposicin
sin electricidad y electroformado 1069 34.10 Recubrimientos de
conversin 1073 34.11 Inmersin en caliente 1074 34.12 Esmaltado de
porcelana; recubrimientos cermicos y orgnicos 1075 34.13
Recubrimiento de diamante y carbono similar al diamante 1076 34.14
Texturizado superficial 1077 34.15 Pintura 1077 34.16 Limpieza de
superficies 1078 Resumen 1080 Trminos clave 1080 Bibliografa 1080
Preguntas de repaso 1081 Problemas cualitativos 1081 Problemas
cuantitativos 1082 Sntesis, diseo y proyectos 1082 Parte VIII:
Aspectos comunes de la manufactura 1084 35 Metrologa e
instrumentacin en ingeniera 1085 35.1 Introduccin 1085 35.2
Patrones de medicin 1086 35.3 Caractersticas geomtricas de las
partes, mediciones analgicas y digitales 1087 Contenido xix
23. http://www.ingeelectronico.blogspot.com 35.4 Mtodos e
instrumentos tradicionales de medicin 1089 35.5 Instrumentos y
mquinas modernas de medicin 1096 35.6 Medicin automatizada 1100
35.7 Caractersticas generales y seleccin de instrumentos de medicin
1101 35.8 Dimensionamiento y tolerancias geomtricas 1101 Resumen
1107 Trminos clave 1107 Bibliografa 1108 Preguntas de repaso 1108
Problemas cualitativos 1108 Problemas cuantitativos 1109 Sntesis,
diseo y proyectos 1109 36 Aseguramiento de la calidad, prueba e
inspeccin 1110 36.1 Introduccin 1110 36.2 Calidad del producto 1111
36.3 Aseguramiento de la calidad 1112 36.4 Administracin de la
calidad total 1113 36.5 Mtodos Taguchi 1114 36.6 Las normas ISO y
QS 1119 36.7 Mtodos estadsticos de control de calidad 1121 36.8
Control estadstico de proceso 1124 36.9 Confiabilidad de productos
y procesos 1131 36.10 Ensayos no destructivos 1132 36.11 Ensayos
destructivos 1136 36.12 Inspeccin automatizada 1137 Resumen 1137
Trminos clave 1138 Bibliografa 1138 Preguntas de repaso 1139
Problemas cualitativos 1140 Problemas cuantitativos 1140 Sntesis,
diseo y proyectos 1141 Parte IX: Manufactura en un ambiente
competitivo 1142 37 Automatizacin de los procesos de manufactura
1144 37.1 Introduccin 1144 37.2 Automatizacin 1146 37.3 Control
numrico 1153 37.4 Control adaptable 1161 37.5 Manejo y movimiento
de materiales 1163 37.6 Robots industriales 1165 37.7 Tecnologa de
sensores 1171 37.8 Soportes flexibles 1176 37.9 Sistemas de
ensamble 1180 xx Contenido
24. http://www.ingeelectronico.blogspot.com 37.10
Consideraciones de diseo para soportes fijos, ensamble, desensamble
y servicio 1183 37.11 Consideraciones econmicas 1186 Resumen 1187
Trminos clave 1187 Bibliografa 1188 Preguntas de repaso 1189
Problemas cualitativos 1189 Sntesis, diseo y proyectos 1189 38
Manufactura asistida por computadora 1191 38.1 Introduccin 1191
38.2 Sistemas de manufactura 1191 38.3 Manufactura integrada por
computadora 1192 38.4 Diseo e ingeniera asistidos por computadora
1195 38.5 Manufactura asistida por computadora 1203 38.6 Planeacin
de procesos asistidos por computadora 1204 38.7 Simulacin por
computadora de procesos y sistemas de manufactura 1206 38.8
Tecnologa de grupos 1208 Resumen 1215 Trminos clave 1215
Bibliografa 1216 Preguntas de repaso 1216 Problemas cualitativos
1216 Sntesis, diseo y proyectos 1217 39 Sistemas de manufactura
integrados por computadora 1218 39.1 Introduccin 1218 39.2
Manufactura celular 1219 39.3 Sistemas flexibles de manufactura
1221 39.4 Manufactura holnica 1224 39.5 Produccin justo a tiempo
1225 39.6 Manufactura esbelta 1227 39.7 Redes de comunicaciones en
manufactura 1228 39.8 Inteligencia artificial 1230 39.9
Consideraciones econmicas 1233 Resumen 1234 Trminos clave 1234
Bibliografa 1235 Preguntas de repaso 1236 Problemas cualitativos
1236 Sntesis, diseo y proyectos 1236 40 Diseo de productos y
seleccin de procesos en un ambiente competitivo 1238 40.1
Introduccin 1238 40.2 Diseo del producto 1239 40.3 Calidad del
producto y expectativa de vida 1242 Contenido xxi
25. http://www.ingeelectronico.blogspot.com 40.4 Evaluacin e
ingeniera del ciclo de vida: manufactura sustentable 1244 40.5
Seleccin de materiales para productos 1246 40.6 Sustitucin de
materiales 1250 40.7 Capacidades de procesos de manufactura 1253
40.8 Seleccin de procesos 1257 40.9 Costos de manufactura y
reduccin de costos 1261 Resumen 1269 Trminos clave 1269 Bibliografa
1269 Preguntas de repaso 1271 Problemas cualitativos 1271 Sntesis,
diseo y proyectos 1272 ndice 1278 Estudio de casos 11.1: Fundicin a
la espuma perdida de monobloques para motores 299 13.1: Manufactura
de segmentos de cubierta de un motor cohete slido para un
transbordador espacial 366 14.1: Manufactura de un perno escalonado
mediante cabeceado y penetrado 382 14.2: Componentes de la
suspensin del automvil Lotus Elise 394 16.1: Manufactura de
platillos musicales 468 18.1: Produccin de cintas superconductoras
de alta temperatura 529 19.1: Prtesis de cadera EPOCH 547 20.1:
Alineadores ortodncicos Invisalign 595 23.1: Retenedor de tornillo
para huesos 717 25.1: Maquinado en seco de alta velocidad de
motores de hierro fundido 779 27.1: Maquinado electroqumico de un
implante biomdico 843 27.2: Manufactura de stents 858 29.1:
Acelermetro para bolsas de aire automotrices 928 32.1: Curado
mediante luz de adhesivos acrlicos para productos mdicos 1020 36.1:
Manufactura de televisores por Sony Corporation 1118 36.2: Control
dimensional de partes de plstico en los automviles Saturn 1129
37.1: Desarrollo de un soporte fijo modular 1178 38.1: Desarrollo
de modelos CAD para componentes automovilsticos 1199 40.1:
Ingeniera concurrente para contenedores de solucin intravenosa 1267
xxii Contenido
26. http://www.ingeelectronico.blogspot.com PREFACIO La
ciencia, ingeniera y tecnologa de los procesos y sistemas de
manufactura continan avanzando con rapidez a escala global y con un
efecto importante en las economas de todas las naciones. Al
preparar esta quinta edicin, nuestra meta ha sido presentar un
libro de texto completo y avanzado sobre ingeniera y tecnologa de
manufactura, con objetivos adicionales para motivar y retar a los
alumnos a que estudien esta importante disciplina. Al igual que en
las cuatro ediciones anteriores, el texto presenta temas con una
cobertura equilibrada de fundamentos relevantes y prcticas reales
para ayudar a los es- tudiantes a desarrollar y comprender las
relaciones, con frecuencia complejas, entre los muchos factores
tcnicos y econmicos involucrados en la manufactura. Aunque esta
nueva edicin sigue bsicamente la misma naturaleza introductoria, el
formato y la organizacin de la cuarta edicin, ahora pone un mayor
nfasis en: a) la influencia de los materiales y los parmetros de
procesamiento en la comprensin de los procesos y las operaciones
individuales; b) las consideraciones de diseo, calidad del producto
y costos de manufactura; y c) el contexto competitivo global de
cada pro- ceso y operacin de manufactura, resaltado con numerosos
ejemplos ilustrativos y monografas. Lo nuevo en esta edicin Una
comparacin detallada con la cuarta edicin mostrar que se han
realizado literalmente miles de cambios para mejorar la calidad y
profundidad de los numerosos temas cubiertos. Como gua general para
el estudiante, ahora cada captulo comienza con una breve descripcin
de los objetivos del captulo, los temas por tratar y su relevancia.
En donde se consider apropiado, se incluy una lista relativa a las
partes tpicas pro- ducidas mediante los procesos descritos en el
captulo, as como los mtodos alter- nativos para producir las
mismas. Se modific completamente la mayora de las ilustraciones
para mejorar el impacto grfico y la claridad, y se agreg una gran
cantidad de fotografas nuevas. Incluye dos captulos relativos a los
temas de dispositivos microelectrnicos y mi- croelectromecnicos y
sistemas de manufactura, incluyendo el MEMS. Ahora existen
alrededor de 120 ejemplos y diversos estudios de caso, todos ellos
resaltados. Se actualizaron las preguntas y los problemas de cada
captulo, de los cuales aproximadamente 20% son nuevos en esta
edicin. Asimismo, la ltima seccin de preguntas y problemas ahora se
denomina Sntesis, diseo y proyectos a fin de re- flejar mejor el
nfasis mayor en estos temas a lo largo del libro. El texto tiene ms
referencias cruzadas con otras secciones, captulos, tablas y figu-
ras importantes del libro. Se actualizaron totalmente las
bibliografas al final de cada captulo. Auxiliares para el estudio
Cada tema se presenta en un contexto mucho mayor de ingeniera y
tecnologa para la manufactura, utilizando varios diagramas de flujo
y diagramas esquemti- cos en donde se consider apropiado. Se
enfatizan continuamente los usos prcticos de los conceptos
descritos y de la in- formacin presentada. xxiii
27. http://www.ingeelectronico.blogspot.com Se trat de
proporcionar analogas, discusiones y problemas diseados para es-
timular el estudio y la curiosidad del alumno acerca de los
productos industriales y de consumo y cmo se fabrican, en tanto que
se minimizan los costos de produccin. Se presenta un gran nmero de
datos y materiales de referencia, incluyendo nume- rosas tablas,
ilustraciones, grficas y bibliografas. Se incluyeron varios
ejemplos y nuevos estudios de caso para resaltar conceptos y
tcnicas importantes en la manufactura. Numerosas tablas comparan
las ventajas, as como las limitaciones, de procesos competitivos
importantes de manufactura. Se incluyen un resumen y una lista de
trminos clave de cada captulo para ayudar y recordar a los
estudiantes los temas cubiertos en cada uno de ellos. A quin va
dirigido Al igual que en las ediciones anteriores, esta quinta
edicin se escribi para estudiantes de programas de ingeniera
mecnica, de manufactura, industrial, biomdica, aeroespa- cial y
metalrgica y de materiales. Se espera que al leer y estudiar este
libro, los alumnos puedan apreciar la naturaleza vital de la
ingeniera y la tecnologa de manufactura, y des- cubran una materia
tan apasionante y desafiante como muchas otras disciplinas.
Agradeceramos cualquier comentario de los profesores y de los
estudiantes en re- lacin con cualquier sugerencia acerca de la gran
cantidad de temas presentados, o sobre cualquier error que pudiera
haber escapado a nuestra atencin durante la preparacin de este
texto. Sitio Web (www.pearsoneducacion.net/kalpakjian) Este sitio
ofrece al profesor la posibilidad de descargar el manual de
soluciones y presenta- ciones en PowerPoint (en ingls). Los
profesores debern solicitar un cdigo de acceso al representante de
Pearson en su localidad o seguir el procedimiento de registro
indicado en la pgina Web. CourseCompass CourseCompass es una
plataforma para cursos en lnea que Pearson Educacin ofrece como
apoyo para sus libros de texto. Este libro cuenta con un curso
precargado en Cour- seCompass, que incluye lecturas en PowerPoint,
recursos para el profesor, manual de soluciones, proyectos para
tareas y Test Gen (generador de exmenes). Agradecimientos Este
libro, junto con sus ediciones anteriores, representa un total de
aproximadamente 20 aos de esfuerzo. No podra haber sido escrito y
producido sin la ayuda de numerosos colegas y estudiantes
anteriores. Nos da mucho gusto agradecer la ayuda de las siguientes
personas en la preparacin y publicacin de esta quinta edicin: K. E.
McKee, del Illinois Institute of Technology; K. J. Weinmann, de la
Michigan Technological University; P. J. Guichelaar, de la Western
Michigan University; Z. Liang, de Indiana University y Purdue
University, Fort Wayne, y R. Abella, de la Universidad de Toledo.
Tambin reconocemos a Kent M. Kalpakjian como el autor original del
captulo sobre fabricacin de dispositi- vos microelectrnicos.
Deseamos agradecer a nuestros editores, Dorothy Marrero y Eric
Svendsen, de Prentice Hall, por su entusiasta apoyo y gua; a Rose
Kernan, por su meticulosa supervi- sin editorial y de produccin y
por el diseo interior de este libro, as como a Xiaohong Zhu, por la
elaboracin de todas las ilustraciones nuevas. Nos complace
presentar la siguiente lista con todas las personas que de una
mane- ra u otra, realizaron diversas contribuciones a esta y a las
ediciones anteriores del libro: xxiv Prefacio
28. http://www.ingeelectronico.blogspot.com B. J. Aaronson S.
Arellano R. A. Arlt V. Aronov A. Bagchi E. D. Baker J. Barak J.
Ben-Ari G. F. Benedict S. Bhattacharyya J. T. Black C. Blathras G.
Boothroyd D. Bourell B. Bozak N. N. Breyer C. A. Brown R. G. Bruce
J. Cesarone T.-C. Chang R. L. Cheaney A. Cheda S. Chelikani S.-W.
Choi A. Cinar R. O. Colantonio P. Cotnoir P. Courtney P. Demers D.
Descoteaux M. F. DeVries R. C. Dix M. Dollar D. A. Dornfeld H. I.
Douglas M. Dugger D. R. Durham D. Duvall S. A. Dynan J. El Gomayel
M. G. Elliott E. C. Feldy J. Field G. W. Fischer D. A. Fowley R. L.
French B. R. Fruchter D. Furrer R. Giese E. Goode K. Graham P.
Grigg B. Harriger D. Harry M. Hawkins R. J. Hocken E. M. Honig, Jr.
S. Imam R. Jaeger C. Johnson K. Jones D. Kalisz J. Kamman S. G.
Kapoor R. Kassing R. L. Kegg W. J. Kennedy B. D. King J. E. Kopf R.
J. Koronkowski J. Kotowski S. Krishnamachari K. M. Kulkarni T. Lach
L. Langseth M. Levine B. S. Levy X. Z. Li B. W. Lilly D. A. Lucca
L. Mapa A. Marsan R. J. Mattice C. Maziar T. McClelland L. McGuire
K. E. McKee K. P. Meade R. Miller T. S. Milo S. Mostovoy C. Nair P.
G. Nash J. Nazemetz E. M. Odom S. J. Parelukar J. Penaluna C.
Petronis M. Philpott J. M. Prince W. J. Riffe R. J. Rogalla A. A.
Runyan G. S. Saletta M. Salimian M. Savic W. J. Schoech S. A.
Schwartz M. T. Siniawski J. E. Smallwood J. P. Sobczak L. Soisson
J. Stocker L. Strom A. B. Strong K. Subramanian T. Sweeney W. G.
Switalski T. Taglialavore M. Tarabishy K. S. Taraman R. Taylor B.
S. Thakkar A. Trager C. Tszang S. Vaze J. Vigneau G. A. Volk G.
Wallace K. J. Weinmann R. Wertheim K. West J. Widmoyer K. Williams
G. Williamson B. Wiltjer J. Wingfield P. K. Wright Prefacio xxv
Agradecemos a las diversas organizaciones que nos proporcionaron
muchas ilus- traciones y estudios de casos. Estas contribuciones se
destacan especficamente a lo largo del texto. Finalmente,
agradecemos mucho a Margaret Jean Kalpakjian por su ayuda duran- te
la edicin de este libro. SEROPE KALPAKJIAN STEVEN R. SCHMID
29. http://www.ingeelectronico.blogspot.com
30. http://www.ingeelectronico.blogspot.com Semblanza de los
autores Serope Kalpakjian es profesor emrito de ingeniera mecnica y
de materiales en el Illinois Institute of Technology, en Chicago.
Es autor de Mechanical Processing of Materials (Van Nostrand, 1967)
y coautor de Lubricants and Lubrication in Metalworking Opera-
tions (Dekker, 1985). Las dos primeras ediciones de sus libros
Manufacturing Processes for Engineering Materials (1984) y
Manufacturing Engineering and Technology (1989) recibieron el M.
Eugene Merchant Manufacturing Textbook Award. Es autor de nume-
rosos ensayos tcnicos y artculos en manuales y enciclopedias, y ha
editado varios pro- cedimientos para conferencias. Ha sido editor y
coeditor de diferentes revistas tcnicas y forma parte del comit
editorial de Encyclopedia Americana. Entre otros premios, el
profesor Kalpakjian ha recibido el Forging Industry Educa- tional
and Research Foundation Best Paper Award (1996), un Excellence
Teaching Award del IIT (1970), un Centennial Medallion de ASME
(1980), el International Education Award de SME (1989), un Person
of the Millenium Award del IIT (1999), y el Albert Easton White
Oustanding Teacher Award de ASM International (2000). Al SME Outs-
tanding Young Manufacturing Engineer Award de 2002 se le dio su
nombre. Es un aso- ciado vitalicio de ASME, asociado y miembro
vitalicio de ASM International, miembro de pleno derecho emrito de
CIRP (International Institution for Production Engineering
Research), y es miembro fundador y ex presidente de NAMRI/SME. Se
gradu con ho- nores en el Robert College (en Estambul) y en el
Massachusetts Institute of Technology. Steven R. Schmid es profesor
asociado en el Departamento de Ingeniera Aeroespa- cial y Mecnica
en la University of Notre Dame, donde ensea y realiza
investigaciones en las reas generales de manufactura, diseo de
mquinas y tribologa. Recibi (con honores) el grado de licenciatura
en Ingeniera Mecnica en el Illinois Institute of Technology y los
grados de maestra y doctorado, ambos en Ingeniera Mecnica, en la
Northwestern University. Ha recibido numerosos premios, incluyendo
el John T. Parsons Award de la Society of Manufacturing Engineers
(2000), el Newkirk Award de la Ame- rican Society of Mechanical
Engineers (2000), el Kaneb Center Teaching Award (2000 y 2003), y
el Ruth and Joel Spira Award for Excellence in Teaching (2005).
Tambin reci- bi un National Science Foundation CAREERS Award (1996)
y el ACOA Foundation Award (1994). El doctor Schmid es autor de ms
de 80 ensayos tcnicos, ha sido coautor de los textos Fundamentals
of Machine Elements, Fundamentals of Fluid Film Lubrication, y
Manufacturing Processes for Engineering Materials, y contribuy con
dos captulos en el CRC Handbook of Modern Tribology. Actualmente
presta sus servicios en el Tribology Division Executive Committe de
la American Society of Mechanical Engineers, es editor asociado del
Journal of Manufacturing Science and Engineering, y es ingeniero
profesio- nista e ingeniero certificado en manufactura. xxvii
31. http://www.ingeelectronico.blogspot.com
32. http://www.ingeelectronico.blogspot.com 1 Introduccin
general I.1 Qu es la manufactura? Antes de empezar a leer esta
introduccin, tmese unos minutos para revisar varios ob- jetos
alrededor de usted: su reloj, el telfono celular, la silla, una
lata de refresco, los in- terruptores de luz, una taza de caf y su
computadora. Pronto advertir que todos estos objetos y sus
componentes individuales tienen diferentes formas; no los
encontrara en la naturaleza tal como estn en su cuarto. Se han
transformado en diferentes formas a par- tir de materias primas y
ensamblado como los productos que ahora ve. Notar fcilmente que
algunos objetos estn hechos de una sola pieza, como los clavos,
tornillos, tenedores, ganchos de plstico para ropa o llantas de
bicicleta. Sin em- bargo, la mayora de los objetos, como los
motores de automviles mostrados en la figu- ra I.1 (inventados en
1876), las lavadoras de ropa (1910), los tostadores (1926), los
aparatos de aire acondicionado (1928), los refrigeradores (1931),
los bolgrafos (1938), las fotocopiadoras (1949) y miles de otros
productos, se construyen mediante el ensam- blado de varias partes
(tabla I.1) y componentes fabricados a partir de numerosos mate-
riales. Todos los productos mencionados se fabrican por medio de
diversos procesos denominados manufactura. Manufactura, en un
sentido completo, es el proceso de convertir materias primas en
productos. Tambin comprende las actividades en que el propio
producto fabricado se utiliza para elaborar otros productos. Los
ejemplos podran incluir a las grandes pren- sas que forman las
hojas metlicas usadas en accesorios y carroceras para automviles,
la maquinaria para fabricar sujetadores, como tornillos y tuercas,
y las mquinas de co- ser ropa. El nivel de manufactura de una nacin
se relaciona directamente con su salud econmica; por lo general,
cuanto mayor es la actividad manufacturera de un pas, ma- yor ser
el estndar de vida de su gente. I.1 Qu es la manufactura? 1 I.2 El
proceso de diseo del producto y la inge- niera concurrente 11 I.3
Diseo para manufac- tura, ensamble, desen- samble y servicio 14 I.4
Seleccin de materiales 16 I.5 Seleccin de procesos de manufactura
19 I.6 Diseo y manufactura consciente del medio ambiente 32 I.7
Manufactura integrada por computadora 33 I.8 Produccin esbelta y
manufactura gil 37 I.9 Aseguramiento de la ca- lidad y
administracin de la calidad total 38 I.10 Competitividad global y
costos de manufactura 39 I.11 Tendencias generales en la
manufactura 41 EJEMPLOS: I.1 Sujetadores para papel 8 I.2 Bombillas
9 I.3 Seleccin de materiales para monedas de Estados Unidos 18 I.4
Seleccin de materiales para bates de bisbol 18 I.5 Manufactura de
una prtesis de cadera 26 I.6 Manufactura de un salero y molino de
pimienta 32 I.7 Aplicacin de CAD/CAM para fabricar un molde de
anteojos para el sol 36 Los objetivos de este captulo son explicar:
Qu es la manufactura y, con ejemplos, mostrar su papel en nuestra
vida diaria. El proceso de diseo del producto y la importancia de
la seleccin de materiales y procesos. El papel de las computadoras
en todos los aspectos de la manufactura. Costos de manufactura y su
papel en la economa global. Tendencias generales en la
manufactura.
33. http://www.ingeelectronico.blogspot.com 2 Introduccin
general FIGURA I.1 Ilustracin de un motor de automvil (el Duratec
V-6), mostrando diversos componentes y los mate- riales utilizados
para fabricarlos. Fuente: Cortesa de Ford Motor Company. Ilustracin
por David Kimball. La palabra manufactura se deriva del latn manu
factus, que significa hecho a ma- no, y apareci por primera vez en
1567. La palabra manufacturar apareci en 1683. La palabra producto
significa algo que se produce y apareci, junto con la palabra
produccin, en algn momento durante el siglo XV. Los vocablos
manufactura y produccin con frecuencia se utilizan de manera
indistinta. Debido a que suelen pasar por varios procesos en los
que las materias primas se convierten en productos tiles, los
artculos manufacturados adquieren un valor, defini- do como
equivalente monetario o precio de venta. Por ejemplo, como materia
prima para los cermicos, la arcilla tiene un valor pequeo al
extraerla de la mina. Cuando se convierte en la parte cermica de
una buja, un vaso, una herramienta de corte o un ais- lador
elctrico, se agrega valor a la arcilla (valor agregado). De manera
similar, un gan- cho para ropa o un clavo tiene un valor superior
al costo de la pieza de alambre con la que se fabric; entonces, la
manufactura tiene la importante funcin de agregar valor. El trmino
alto valor agregado se utiliza para identificar a dichos productos.
Los ejem- TABLA I.1 Nmero de partes en algunos productos Producto
Nmero de partes Podadora rotatoria 300 Piano de cola 12,000
Automvil 15,000 Avin de carga C-5A Boeing 747400 76,000,000
74,000,000 Tubera hidrulica de cobre Tornillos de latn y de acero
Cigeal de acero forjado Engrane recto de acero troquelado
Escobillas decobre (dentro del alternador) Cabeza de cilindros de
aluminio fundido Bujas con electrodo de platino y cubierta de
cermica Camisas de cilindros de hierro fundido microasentado Bielas
de polvo metlico Pistones de aluminio fundido, recubiertos de
grafito Por claridad, no se muestran los mltiples de polmeros
34. http://www.ingeelectronico.blogspot.com I.1 Qu es la
manufactura? 3 plos incluyen chips de computadoras, monobloques de
motores, engranes y zapatos de- portivos. La manufactura puede
fabricar productos discretos, es decir, partes individuales o
productos continuos. Los clavos, engranes, bolas para rodamientos,
latas para bebidas y monobloques para motores son ejemplos de
partes discretas, aunque se producen en al- tos volmenes y
capacidades de produccin. En cambio, el alambre, las hojas metlicas
y los tubos y tuberas de plstico son productos continuos, que
despus se cortan en pie- zas individuales y se convierten as en
productos discretos. Por lo general, la manufactura es una
actividad compleja que comprende una am- plia variedad de recursos
y actividades, como las siguientes: Diseo del producto. Maquinaria
y herramienta. Planeacin del proceso. Materiales. Compra.
Manufactura. Control de la produccin. Servicios de soporte.
Mercadeo. Ventas. Embarque. Servicios al cliente. Es fundamental
que las actividades de la manufactura respondan a las diversas
deman- das y tendencias: 1. Un producto debe satisfacer totalmente
los requisitos de diseo, especificaciones y normas. 2. Un producto
debe manufacturarse mediante los mtodos ms econmicos y amiga- bles
con el medio ambiente. 3. La calidad debe integrarse al producto en
cada etapa, desde el diseo hasta el en- samblado, en vez de confiar
slo en las pruebas de calidad despus de haberlo ma- nufacturado. 4.
En el muy competitivo ambiente actual, los mtodos de produccin
deben ser lo suficientemente flexibles para responder a las
cambiantes demandas del mercado, a los tipos de productos y a las
capacidades de produccin, a fin de asegurar una entrega oportuna al
cliente. 5. Los continuos desarrollos en materiales, mtodos de
produccin e integracin a las computadoras, tanto de las actividades
tecnolgicas como de las administrativas en una organizacin
manufacturera, deben evaluarse constantemente con miras a su
implantacin apropiada, oportuna y econmica. 6. Las actividades de
manufactura deben verse como un gran sistema, cuyas partes se
relacionan entre s en grados variables. Estos sistemas se pueden
modelar para es- tudiar el efecto de factores como los cambios en
las demandas del mercado, el di- seo del producto, los materiales y
los mtodos de produccin tanto en la calidad como en el costo de los
productos. 7. El fabricante debe trabajar con el cliente para
obtener una retroalimentacin opor- tuna y conseguir as una mejora
continua del producto.
35. http://www.ingeelectronico.blogspot.com 4 Introduccin
general 8. Una organizacin manufacturera debe luchar constantemente
por obtener mayo- res niveles de productividad, que se define como
el uso ptimo de todos sus recur- sos: materiales, mquinas, energa,
capital, mano de obra y tecnologa. Debe maximizarse la produccin
por empleado por hora en todas las fases. I.1.1 Breve historia de
la manufactura La manufactura se origin entre los aos 5000 y 4000
a.C. (tabla I.2). Es ms antigua que la historia registrada. Las
marcas y los dibujos en las cuevas o en las rocas primitivas
dependan de alguna forma de marcador o brocha, y se empleaba una
pintura o algn medio para grabar en la roca. Era necesario fabricar
herramientas apropiadas para esas aplicaciones. La manufactura de
productos que tenan diversos usos especficos comenz con la
produccin de artculos de madera, cermica, piedra y metal. Los
materiales y procesos que se utilizaron para dar forma a productos
mediante la fundicin y el marti- llado se han desarrollado
gradualmente a lo largo de los siglos, usando nuevos materia- les y
operaciones ms complejas, con crecientes capacidades de produccin y
mayores niveles de calidad. Los primeros materiales utilizados para
fabricar utensilios domsticos y objetos or- namentales incluan
metales como el oro, cobre e hierro, seguidos de la plata, el
plomo, estao, latn y bronce. La produccin de acero (entre los aos
600 y 800 d.C.) constitu- y un hito importante; desde entonces se
ha desarrollado una variedad muy amplia de metales ferrosos y no
ferrosos. En la actualidad, los materiales que se emplean en pro-
ductos avanzados, como computadoras y aeronaves supersnicas,
incluyen materiales de ingeniera (desarrollados para ese fin) con
propiedades nicas, como cermicos avanza- dos, plsticos reforzados,
materiales compuestos y nanomateriales. Hasta antes de la Revolucin
Industrial, que comenz en Inglaterra durante la d- cada de 1750,
los bienes se producan en lotes y se requera mucha confianza en la
mano de obra en todas las fases de la produccin. A dicha revolucin
tambin se le denomina Primera Revolucin Industrial, ya que la
segunda comenz a mediados del siglo XX con el desarrollo de los
dispositivos electrnicos de estado slido y las computadoras. La me-
canizacin moderna comenz en Inglaterra y el resto de Europa con el
desarrollo de la maquinaria textil y de las mquinas herramienta
para cortar metales. Esta tecnologa se traslad rpidamente a Estados
Unidos, en donde se desarroll ms y se introdujo el im- portante
avance del diseo, la fabricacin y el uso de partes intercambiables,
creadas por Eli Whitney a principios de 1800. Antes de esta
aportacin era necesario en gran medida el ajuste a mano, porque no
se podan fabricar dos partes exactamente iguales. Ahora se da por
entendido que podemos reemplazar un tornillo roto de cierto tamao
con uno idntico comprado aos despus en una ferretera local. Pronto
siguieron nuevos desa- rrollos, cuyos resultados son incontables
productos de uso comn y sin los cuales hoy no podramos imaginar
nuestra vida. Al inicio de la dcada de 1940 se alcanzaron hitos
importantes en todos los aspec- tos de la manufactura. En la tabla
I.2 se observa el avance logrado durante los ltimos 100 aos, y
particularmente durante las ltimas tres dcadas con el advenimiento
de la era de las computadoras, si se compara con el largo periodo
transcurrido del ao 4000 al ao 1 a.C. Aunque los romanos tenan
factoras para producir en masa artculos de vi- drio, al principio
los mtodos eran muy primitivos y por lo general muy lentos, con mu-
cha mano de obra en el manejo de partes y en la operacin de la
maquinaria. Hoy en da, con la ayuda de los sistemas de manufactura
integrados por computadora, los mtodos de produccin han avanzado
tanto que, por ejemplo, las latas de aluminio para bebidas se
manufacturan a velocidades de 500 por minuto, los agujeros en las
hojas metlicas se perforan a razn de 800 por minuto y las bombillas
se elaboran en cantidades de ms de 2000 por minuto.
39. http://www.ingeelectronico.blogspot.com 8 Introduccin
general EJEMPLO I.1 Sujetadores para papel El sujetador para papel
o clip (fig. I.2), como lo conocemos hoy en da, fue desarrolla- do
por un noruego, Johan Vaaler, quien recibi la patente respectiva en
Estados Uni- dos en 1901. En este ejemplo, identificaremos los
importantes factores comprendidos en el diseo y la manufactura de
dichos sujetadores. Suponga que se le pide disear y producir
sujetadores para papel. Qu tipo de material elegira para hacer este
producto tan simple? Debera ser metlico o podra ser no metlico,
como el plstico? Si elige un metal, qu tipo de metal y en qu con-
diciones? Si el material con el que inici tiene la forma de
alambre, cul sera su di- metro? Debera ser redondo o tener alguna
otra seccin transversal? Son importantes el acabado superficial y
la apariencia del alambre? Ms an, cmo to- mara una pieza de alambre
y le dara la forma de clip? Lo hara a mano o, de no ser as, qu tipo
de mquina especial diseara y fabricara, o comprara, a fin de elabo-
rar sujetadores para papel? Si como propietario de una compaa
recibiera una or- den por 10,000 clips y otra por millones de
ellos, sera diferente su mtodo de manufactura? Es obvio que el
sujetador para papel debe cumplir su requisito funcional bsi- co:
mantener juntas hojas de papel con la suficiente fuerza de sujecin
para que no se separen. Por consiguiente, debe disearse de modo
apropiado, particularmente en cuanto a forma, tamao, textura y
apariencia. El material seleccionado puede tener cierta rigidez y
resistencia. Por ejemplo, si la rigidez (una medida de cunto se
flexio- na cuando se somete a una fuerza) es muy grande, tal vez
los usuarios requieran un nivel de fuerza incmodo o inconveniente
para utilizar el clip, al igual que se necesi- ta mayor fuerza para
estirar o comprimir un resorte rgido que para hacerlo con uno ms
suave. En cambio, si la rigidez del sujetador es demasiado pequea,
no ejercer la suficiente fuerza de sujecin sobre el conjunto de
papeles. Adems, si el esfuerzo de fluencia del material del alambre
(el esfuerzo requerido para provocar una defor- FIGURA I.2 Ejemplos
de una amplia variedad de mate- riales y formas para sujetadores
para papel.
40. http://www.ingeelectronico.blogspot.com I.1 Qu es la
manufactura? 9 macin permanente en un material) es muy pequeo, el
sujetador se doblar de ma- nera permanente durante el uso normal y,
por lo tanto, ser muy difcil volver a usar- lo, como todos hemos
experimentado. Ntese que la rigidez y resistencia del clip tambin
dependen del dimetro del alambre y de las dimensiones y del diseo
del su- jetador. Despus de terminar el diseo del sujetador, debe
buscarse el material adecua- do. Esta seleccin requiere
conocimiento de la funcin y los requisitos de servicio del
producto, lleva a elegir materiales que, de preferencia, estn
disponibles comercial- mente, y comprende la consideracin de su
resistencia a la corrosin, porque el suje- tador se manipula con
frecuencia y se somete a la humedad y a otros ataques del medio
ambiente. Por ejemplo, vanse las marcas de oxidacin que los clips
dejan en los documentos guardados en archivos durante un largo
periodo. Deben hacerse muchas otras preguntas respecto de la
produccin de clips. Podr el material elegido soportar el doblado
durante la manufactura sin agrietar- se o sin romperse? Podr
cortarse fcilmente el alambre de una pieza larga sin des- gastar en
exceso el herramental? El proceso de corte (cizallamiento) producir
una arista lisa en el extremo del alambre, o dejar una rebaba (una
arista afilada) que podra interferir en el uso que se pretende?
Finalmente, cul es el mtodo de manu- factura ms econmico de esta
parte, a la capacidad deseada de produccin, para que pueda ser
competitivo en el mercado? Por lo anterior, debe seleccionarse un
m- todo de manufactura adecuado, as como las herramientas,
maquinaria y equipos correspondientes. EJEMPLO I.2 Bombillas T. A.
Edison (1847-1931) fabric la primera lmpara de luz incandescente y
la encen- di en 1879. Sin embargo, una bombilla tpica o foco tena
una vida de slo 13.5 ho- ras aproximadamente. Desde entonces se han
hecho muchas mejoras en los materiales y en los mtodos de
manufactura para fabricar bombillas. En este ejemplo describire-
mos la secuencia de los mtodos utilizados para manufacturarlas en
mquinas alta- mente automatizadas, a razn de 2000 focos por minuto.
En la figura I.3a se muestran los componentes de una bombilla
tpica. La parte emisora de luz es el filamento, el cual, al paso de
la corriente y debido a su resistencia elctrica, se calienta hasta
la incandescencia; esto es, a temperaturas entre 2200 C y 3000 C
(4000 F y 5400 F). La primera lmpara exitosa de Edison tena un
filamen- to de carbono, aunque l y otros tambin haban experimentado
con diversos mate- riales, entre ellos el papel carbonizado y
metales como el osmio, iridio y tantalio. Sin embargo, ninguno de
estos materiales tena la resistencia mecnica, la resistencia a la
alta temperatura y la larga vida del tungsteno (seccin 6.8), que
ahora es el material para filamentos ms utilizado. El primer paso
en la manufactura de una bombilla consiste en fabricar el vsta- go
de vidrio que soporta los alambres de entrada y el filamento, y los
conecta a la ba- se de la lmpara (fig. I.3b). Estos componentes se
colocan, ensamblan y sellan mientras el vidrio se calienta con
flamas de gas. Despus se sujeta el filamento a los alambres de
entrada. El ensamble terminado del vstago (montura) se transfiere
entonces a una m- quina que baja un globo de cristal sobre l y, con
flama, sella su cuello al aro de la montura. Se extrae el aire de
la bombilla mediante un tubo de escape (una parte inte- gral del
vstago de vidrio) y despus se evacua o se llena con gas inerte.
Para focos de 40 W o ms, el gas suele ser una mezcla de nitrgeno y
argn. Despus se sella el tu- bo de escape. El siguiente paso de la
produccin consiste en sujetar la base a la bom-
41. http://www.ingeelectronico.blogspot.com 10 Introduccin
general FIGURA I.3a Componentes de una bombilla o foco. Fuente:
Cortesa de General Electric Company. FIGURA I.3b Pasos de
manufactura para fabricar una bombilla. Fuente: Cortesa de Ge-
neral Electric Company. billa, utilizando un cemento especial. La
mquina que realiza la operacin de sujecin tambin suelda (parte VI)
los alambres de entrada a la base metlica para proveer la conexin
elctrica. El filamento se produce comprimiendo primero polvo de
tungsteno en lingotes y sinterizndolo (calentndolo sin que se
funda; seccin 17.4). Despus se redondea el lingote y se le da forma
de varilla mediante estampado rotatorio (seccin 14.4); las varillas
se estiran por medio de una matriz, en varios pasos, a fin de
producir un alambre delgado (seccin 15.7) que se enrolla para
aumentar la capacidad de produc- cin de luz del filamento. El
dimetro del alambre para un foco de 60 W, 120 V, es de 0.045 mm
(0.0018 pulgada) y debe controlarse de manera muy precisa, porque
si es menor al especificado en slo 1% la vida de la bombilla podra
reducirse hasta 25%. (b) 1 2 3 4 5 6 (a) Gas de relleno Filamento
Alambres de entrada Prensado del vstago Tubo de escape Alambres de
soporte Botn para sostener los alambres de soporte Disco deflector
de calor utilizado en lmparas de alta potencia para proteger del
calor excesivo a las partes bajas Fusible que se funde y abre el
circuito si ocurre un arco o un corto, evitando que se rompa la
bombilla Base
42. http://www.ingeelectronico.blogspot.com I.2 El proceso de
diseo del producto y la ingeniera concurrente 11 El espaciamiento
entre las espiras tambin debe ser muy preciso, para evitar la con-
centracin localizada de calor y con ello un posible corto. En
general, los alambres de entrada se elaboran con nquel, cobre o
molibdeno, y los alambres de soporte con molibdeno (seccin 6.8). La
porcin del alambre de en- trada embutida en el vstago se fabrica
con una aleacin de hierro-nquel, recubierta con cobre. El alambre
tiene fundamentalmente el mismo coeficiente de dilatacin tr- mica
que el vidrio (captulos 3 y 8), lo cual impide el desarrollo de los
esfuerzos trmi- cos que de otra manera podran hacer que se
agrietara el vstago. La base de la bombilla suele hacerse de
aluminio (que debido a su bajo costo ha reemplazado al la- tn)
recubierto especialmente para permitir que se inserte con facilidad
en la toma elctrica o socket. Por lo comn, el vidrio de las
bombillas se fabrica soplando vidrio fundido en un molde (seccin
18.3.3). Se utilizan varios tipos de vidrio, dependiendo del tipo
de bombilla deseado. El interior del tubo puede ser esmerilado
(translcido), para redu- cir el brillo y difundir mejor la luz, o
simple (transparente). El gas de relleno debe ser puro, pues en
caso contrario se ennegreceran las paredes interiores de la
bombilla. Por ejemplo, una sola gota de agua en el gas utilizado
para medio milln de focos ha- ra que se ennegrecieran todos. I.2 El
proceso de diseo del producto y la ingeniera concurrente El diseo
del producto es una actividad crtica, porque se estima que 70% u
80% del costo de desarrollo y manufactura de un producto est
determinado por las decisiones tomadas en las etapas iniciales del
diseo. Este proceso comienza con el desarrollo de un concepto para
un producto original. En esta etapa es altamente deseable, e
incluso fun- damental, un mtodo innovador de diseo, para que el
producto sea exitoso en el merca- do y se obtengan ahorros
importantes en costos de materiales y de produccin. Primero, el
diseo de un producto requiere un entendimiento completo de sus fun-
ciones y de su desempeo esperado. El mercado de un producto, as
como los usos pre- vistos para el mismo, deben definirse claramente
con la ayuda de analistas de mercado y personal de ventas, que
aportan a la compaa informacin valiosa y oportuna sobre el ramo. El
producto puede ser nuevo o una versin modificada o ms reciente de
un ar- tculo existente; por ejemplo, obsrvese cmo han cambiado a
travs de los aos el diseo y el estilo de los telfonos celulares,
las calculadoras, los aparatos domsticos, los auto- mviles y las
aeronaves. Las actividades de diseo y manufactura suelen efectuarse
de manera consecutiva (fig. I.4a), una metodologa que en principio
puede parecer lgica y directa, pero que en la prctica desperdicia
recursos de modo extremo. En teora, un producto puede pasar de un
departamento de una organizacin a otro, puede producirse y despus
colocarse directamente en el mercado, pero es comn que haya
dificultades. Por ejemplo, un inge- niero de manufactura podra
desear que se conificara la brida de una parte para mejorar su
capacidad de fundicin, o decidir que es preferible una aleacin
diferente. Tales cam- bios obligaran a repetir la etapa de anlisis
del diseo, a fin de asegurar que el producto funcione
satisfactoriamente. Estas iteraciones, como se muestra en la figura
I.4a, desper- dician recursos y, lo ms importante, desperdician
tiempo. Impulsada por la industria electrnica de consumo, se
desarroll una gran necesi- dad de proveer productos al mercado lo
ms rpidamente posible. El razonamiento era que los productos
introducidos antes gozaban de un mayor porcentaje del mercado y, en
consecuencia, de mayores ganancias, as como de una vida ms larga
antes de la obsoles- cencia. Por estas razones apareci la ingeniera
concurrente, tambin denominada inge- niera simultnea, que llev al
mtodo de desarrollo de productos mostrado en la figura
43. http://www.ingeelectronico.blogspot.com 12 Introduccin
general FIGURA I.4 (a) Grfica que muestra los diversos pasos
comprendidos en el diseo y la manufactura de un producto. Segn la
complejidad del artculo y el tipo de materiales utilizados, el
tiempo que media entre el concepto original y el mercadeo de un
producto puede variar desde unos cuantos meses hasta muchos aos.
(b) Grfica que muestra el flujo general de un producto en la
ingeniera concurrente, desde el anlisis de mer- cado hasta la venta
del producto. Fuente: S. Pugh, Total Design, Addison-Wesley, 1991.
I.4b. Aunque an tiene un flujo general del producto que va del
anlisis de mercado al diseo y la manufactura, contiene varias
iteraciones deliberadas. La principal diferencia con el mtodo
anterior es que ahora todas las disciplinas se involucran en las
primeras etapas del diseo, para que en las iteraciones, que ocurren
naturalmente, haya un menor desperdicio de esfuerzos y de tiempo.
Una clave para este mtodo es la ahora bien reco- (a) (b) Definicin
de la necesidad del producto; informacin de mercadeo Diseo
conceptual y evaluacin; estudio de factibilidad Anlisis del diseo;
revisin de cdigos y normas; modelos fsicos y analticos Produccin de
prototipos; prueba y evaluacin Diseo asistido por computadora (CAD)
Planos de produccin; instructivos Especificacin de materiales;
seleccin de proceso y de equipo, revisin de la seguridad
Manufactura asistida por computadora y planeacin de procesos (CAM y
CAPP) Produccin piloto Produccin Manufactura integrada por
computadora (CIM) Inspeccin y aseguramiento de la calidad Empaque;
mercadeo y literatura de ventas Producto Mercado Especificacin
Iteraciones Diseo conceptual Diseo principal Flujo Diseo de detalle
Manufactura Venta
44. http://www.ingeelectronico.blogspot.com I.2 El proceso de
diseo del producto y la ingeniera concurrente 13 nocida importancia
de la comunicacin entre y dentro de las diversas disciplinas: debe
existir comunicacin no slo entre las funciones de ingeniera,
mercadeo y servicio, sino tambin entre actividades como el diseo
para la manufactura, diseo para el recicla- miento y diseo para la
seguridad. La ingeniera concurrente integra el diseo y la
manufactura de un producto con vistas a optimizar todos los
elementos incluidos en su ciclo de vida. Este mtodo reduce (a) los
cambios en el diseo y la ingeniera de un producto, y (b) el tiempo
y los costos comprendidos en llevarlo desde su diseo conceptual
hasta su produccin e introduccin en el mercado. El ciclo de vida
tpico de un producto nuevo consta de las siguientes eta- pas: (a)
arranque, (b) crecimiento rpido en el mercado, (c) madurez y (d)
declinacin. El concepto de ingeniera de ciclo de vida demanda que
en la etapa de diseo se considere toda la vida de un producto: as,
el diseo, la produccin, la distribucin, el uso y el reciclamiento o
disposicin deben considerarse simultneamente. Entonces, un producto
bien diseado es: Funcional (diseo). Bien manufacturado (produccin).
Bien empacado (para que llegue a salvo al usuario final o al
cliente). Durable (funciona efectivamente para el propsito
destinado). Conservable (tiene componentes que se pueden reemplazar
o reparar, o a los que se puede dar mantenimiento con facilidad).
Un recurso eficiente (se puede desensamblar para reciclar los
componentes). Aunque en este libro de texto se enfatiza
principalmente el aspecto de la produc- cin en el ciclo de vida de
un producto, la necesidad de integracin de mltiples discipli- nas
en el desarrollo del mismo domina su ciclo de vida; por ejemplo, el
reciclamiento se trata de mejor manera durante el desarrollo del
producto mediante la seleccin de mate- riales que sean fcilmente
reciclables. Aunque el concepto de ingeniera concurrente pa- rece
lgico y eficiente, su implantacin requiere considerable tiempo y
esfuerzo cuando sus usuarios no trabajan en equipo o no aprecian
sus beneficios reales. Existen numerosos ejemplos de los beneficios
de la ingeniera concurrente. Tal es el caso de una compaa
automotriz que redujo 30% el nmero de componentes en uno de sus
motores, ocasionando que el peso del motor disminuyera 25% y su
tiempo de manu- factura se redujera en 50%. El concepto de
ingeniera concurrente se puede implantar en compaas grandes y
pequeas, particularmente en vista de que 98% de los estableci-
mientos manufactureros de Estados Unidos tienen menos de 500
empleados. El diseo del producto comprende a menudo la preparacin
de modelos analticos y fsicos del mismo para estudiar factores como
fuerzas, esfuerzos, deflexiones y una forma ptima de la parte. La
necesidad de dichos modelos depende de la complejidad del producto.
Hoy en da, la construccin y el estudio de modelos analticos se
simplifi- ca altamente con el uso de tcnicas de modelado y diseo
asistidos por co