Tècniques de fabricació industrial

Classifica aquestes peces segons el procés de fabricació més probable (emmotllament, mecanitzat o conformat) i justifica la teva elecció: una carcassa de comandament a distància, un eix estriat de precisió, una canonada de coure, un bloc de motor i una xapa de carrosseria de cotxe.

Per a cada geometria indica la màquina adequada (torn o fresadora) i raona la teva elecció: un eix cilíndric amb ranura, una carcassa prismàtica amb cavitats, una rosca exterior i una guia plana amb canals.

Explica què és el mecanitzat per arrencament d'encenall i descriu tres operacions bàsiques (tornejat, fresatge i trepat): a cadascuna, indica què es mou (la peça o l'eina) i quina forma s'obté.

Compara una fresadora convencional amb un centre de mecanitzat CNC: què aporta el control numèric (repetibilitat, geometries complexes, canvi automàtic d'eina) i en quins casos continua sent raonable la màquina manual (peça única, reparació ràpida, formació).

En el muntatge d'un lot d'eixos en coixinets el forat dels quals té una dimensió de $\varnothing\,25^{+0{,}021}_{0}\ \text{mm}$, s'especifica que l'ajust ha de ser amb joc. La cota objectiu de mecanització fixada en plànol per a l'eix era $\varnothing\,25_{-0{,}040}^{-0{,}020}\ \text{mm}$. Tanmateix, en el control de recepció es detecta que diversos eixos entren amb serratge i bloquegen el gir. En mesurar cinc eixos conflictius a temperatura normalitzada ($20\ ^\circ\text{C}$), s'obtenen: $25{,}024\ \text{mm}$, $25{,}020\ \text{mm}$, $25{,}018\ \text{mm}$, $25{,}015\ \text{mm}$ i $25{,}012\ \text{mm}$.

1. a) Calcula el joc màxim i mínim teòrics que s'havien d'haver obtingut i demostra matemàticament quin tipus d'ajust real es produeix en muntar aquestes peces defectuoses als coixinets.
2. b) L'operari afirma: «Vaig mesurar les peces tot just treure-les del torn i estaven a $24{,}970\ \text{mm}$, la fallada ha de ser dels coixinets». Rebat tècnicament aquesta afirmació calculant l'increment de temperatura $\Delta T$ que bastaria que experimentés la peça d'acer (coeficient de dilatació $\alpha = 12 \cdot 10^{-6}\ \text{K}^{-1}$) durant una mecanització en sec per falsejar el mesurament a peu de màquina.
3. c) Justifica quines altres dues fallades sistemàtiques en el procés de tornejat exterior (relatives al desgast de l'eina o al reglatge de la màquina) provoquen que la cota real sigui superior a la nominal programada.

Una xapa d'acer de $3{,}0\ \text{mm}$ de gruix entra en un laminador, com es mostra a la figura, els corrons del qual redueixen el gruix un $20\,\%$ a cada passada. Calcula el gruix a la sortida de la primera passada i explica per què el laminatge és un procés de conformat per deformació plàstica.

Explica què és la forja i quina diferència hi ha entre forja lliure (a martell, amb el forjador guiant la peça) i forja en matriu (estampació en calent). Per què les peces forjades solen ser més resistents que les fundides de la mateixa forma?

Descriu el procés d'extrusió amb l'analogia del tub de pasta de dents i anomena tres productes extruïts (perfils d'alumini, tubs, cables folrats). Per què l'extrusió només produeix peces de secció constant?

Descriu el procés de fosa en sorra pas a pas (model, motlle de sorra, colada, desemmotllament, neteja) i cita dos avantatges i dues limitacions del procés enfront del mecanitzat.

Explica en què consisteix la injecció de termoplàstics (plastificar el material, injectar-lo al motlle, refredar i expulsar) i anomena quatre objectes quotidians fabricats així. Per què el motlle és tan costós i, tot i així, el procés és rentable?

Ordena les etapes de fabricació d'una carcassa de fosa d'alumini per a una bomba d'aigua: (a) mecanitzat de les superfícies de suport i rosques, (b) emmotllament en sorra i colada, (c) inspecció final i control dimensional, (d) eliminació de la sorra i desbarbat, (e) disseny del model i del motlle amb canals d'alimentació. Explica què es fa a cada etapa.

Una empresa necessita fabricar carcasses de plàstic per a un altaveu portàtil. Analitza quin procés triaries si la producció prevista és de $100\,000$ unitats a l'any i quin si només es necessiten cinc prototips per presentar a inversors, raonant els costos fixos (motlles, utillatges) i els costos per peça de cada opció.

Un motlle d'injecció costa $30\,000\ \text{€}$ i cada peça injectada costa $0{,}50\ \text{€}$; fabricar les mateixes peces per impressió 3D costa $6\ \text{€}$ per unitat sense motlle. a) Calcula a partir de quantes peces amortitza el motlle. b) Comenta quins altres factors, a més del cost unitari, influeixen en la decisió (termini, canvis de disseny, acabat).

Una empresa dubta entre fabricar per mecanitzat CNC o per impressió 3D metàl·lica una peça de geometria molt complexa amb canals interns de refrigeració per a un prototip de turbina (tres unitats). Analitza els avantatges i inconvenients de cada tecnologia per a aquest cas concret (geometria possible, acabat superficial, propietats del material, cost i termini) i pren una decisió justificada.