Ejercicios: Técnicas de fabricación industrial

Clasifica estas piezas según el proceso de fabricación más probable (moldeo, mecanizado o conformado) y justifica tu elección: una carcasa de mando a distancia, un eje estriado de precisión, una tubería de cobre, un bloque de motor y una chapa de carrocería de coche.

Explica qué es el mecanizado por arranque de viruta y describe tres operaciones básicas (torneado, fresado y taladrado): en cada una, indica qué se mueve (la pieza o la herramienta) y qué forma se obtiene.

Una chapa de acero de $3{,}0\ \text{mm}$ de espesor entra en un laminador, como se muestra en la figura, cuyos rodillos reducen el espesor un $20\,\%$ en cada pasada. Calcula el espesor a la salida de la primera pasada y explica por qué el laminado es un proceso de conformado por deformación plástica.

Describe el proceso de fundición en arena paso a paso (modelo, molde de arena, colada, desmoldeo, limpieza) y cita dos ventajas y dos limitaciones del proceso frente al mecanizado.

Explica en qué consiste la inyección de termoplásticos (plastificar el material, inyectarlo en el molde, enfriar y expulsar) y nombra cuatro objetos cotidianos fabricados así. ¿Por qué el molde es tan costoso y, aun así, el proceso es rentable?

Explica qué es la forja y qué diferencia hay entre forja libre (a martillo, con el forjador guiando la pieza) y forja en matriz (estampación en caliente). ¿Por qué las piezas forjadas suelen ser más resistentes que las fundidas de la misma forma?

Describe el proceso de extrusión con la analogía del tubo de pasta de dientes y nombra tres productos extruidos (perfiles de aluminio, tubos, cables forrados). ¿Por qué la extrusión solo produce piezas de sección constante?

Para cada geometría indica la máquina adecuada (torno o fresadora) y razona tu elección: un eje cilíndrico con ranura, una carcasa prismática con cavidades, una rosca exterior y una guía plana con canales.

Una empresa necesita fabricar carcasas de plástico para un altavoz portátil. Analiza qué proceso elegirías si la producción prevista es de $100\,000$ unidades al año y cuál si solo se necesitan cinco prototipos para presentar a inversores, razonando los costes fijos (moldes, utillajes) y los costes por pieza de cada opción.

Compara el mecanizado por arranque de viruta con los procesos de deformación (forja, laminado, estampación) desde tres puntos de vista: aprovechamiento del material, energía consumida y estado de la estructura interna de la pieza resultante. ¿Por qué las bielas de motor suelen forjarse en lugar de mecanizarse desde un bloque?

Ordena las etapas de fabricación de una carcasa de fundición de aluminio para una bomba de agua: (a) mecanizado de las superficies de apoyo y roscas, (b) moldeo en arena y colada, (c) inspección final y control dimensional, (d) eliminación de la arena y desbarbado, (e) diseño del modelo y del molde con canales de alimentación. Explica qué se hace en cada etapa.

La soldadura es el principal proceso de unión permanente en estructuras metálicas. Compara soldadura por arco con electrodo, MIG/MAG y TIG: qué aporta el material de relleno en cada una, qué gas se usa y una aplicación típica de cada procedimiento.

La carrocería de un coche se fabrica por estampación de chapa en prensas. Describe la secuencia (corte de la chapa, embutición, plegado, punzonado), qué defectos pueden aparecer (arrugas, grietas, retorno elástico) y por qué este proceso solo es rentable en grandes series.

Relaciona cada proceso con la precisión dimensional y el acabado superficial que puede lograr sin operaciones posteriores: fundición en arena, mecanizado, laminado e impresión 3D. Explica por qué las superficies de contacto de una pieza fundida casi siempre se mecanizan después.

Un molde de inyección cuesta $30\,000\ \text{€}$ y cada pieza inyectada cuesta $0{,}50\ \text{€}$; fabricar las mismas piezas por impresión 3D cuesta $6\ \text{€}$ por unidad sin molde. a) Calcula a partir de cuántas piezas amortiza el molde. b) Comenta qué otros factores, además del coste unitario, influyen en la decisión (plazo, cambios de diseño, acabado).

Compara una fresadora convencional con un centro de mecanizado CNC: qué aporta el control numérico (repetibilidad, geometrías complejas, cambio automático de herramienta) y en qué casos sigue siendo razonable la máquina manual (pieza única, reparación rápida, formación).

Hay que fabricar $2\,000$ poleas de aluminio de $120\ \text{mm}$ de diámetro con un agujero central de $20\ \text{mm}$ y una ranura de chaveta. Diseña el plan de fabricación completo: proceso de obtención del desbaste (¿fundición o barra?), secuencia de mecanizado con máquinas concretas, utillajes necesarios y controles de calidad intermedios y finales.

Una empresa duda entre fabricar por mecanizado CNC o por impresión 3D metálica una pieza de geometría muy compleja con canales internos de refrigeración para un prototipo de turbina (tres unidades). Analiza las ventajas e inconvenientes de cada tecnología para este caso concreto (geometría posible, acabado superficial, propiedades del material, coste y plazo) y toma una decisión justificada.

Un eje mecanizado con especificación $\varnothing\,25 \pm 0{,}02\ \text{mm}$ no entra en el rodamiento previsto en algunas unidades del lote. Explica qué son la tolerancia dimensional y el ajuste, qué pudo fallar en el proceso (herramienta desgastada, dilatación térmica durante el corte, error de reglaje) y describe cómo se detectaría con un control estadístico por muestreo.

Una empresa quiere fabricar botellas de plástico huecas de un litro a razón de $500\,000$ al año. Analiza por qué el moldeo por soplado (extrusión del parisón y soplado contra el molde) es el proceso adecuado, qué limitaciones geométricas tiene y qué controles de calidad aplicarías (espesor de pared, estanqueidad, peso).

Diseña la secuencia completa de fabricación de una biela de motor de motocicleta: desbaste por forja en matriz (con justificación frente a fundición o mecanizado desde bloque), tratamiento térmico, mecanizado de las superficies de los ojos, control dimensional y de dureza, y acabado. Explica cada decisión.

Una línea mecaniza ejes con especificación $\varnothing\,30 \pm 0{,}05\ \text{mm}$. Se toman muestras de cinco ejes cada hora. Explica cómo se construye una carta de control (media y rango de las muestras, límites de aviso), qué indica una tendencia creciente de las medias (desgaste de herramienta) y qué decisión tomar antes de fabricar piezas fuera de tolerancia.

Un taller debe mecanizar $40$ bridas iguales con cuatro taladros cada una. Compara mecanizarlas una a una en taladro de columna con plantilla frente a preparar un programa CNC con utillaje de sujeción múltiple: analiza tiempos de preparación y de ciclo, coste de errores y punto de equilibrio de la inversión en tiempo, y decide con hipótesis razonables.

Evalúa la sostenibilidad de dos rutas para una misma pieza de aluminio: mecanizado desde bloque macizo (mucha viruta) frente a forja previa con mínimo mecanizado posterior. Considera energía de fabricación, material desperdiciado y su reciclaje (la viruta de aluminio sí se recicla, pero con pérdidas), vida de la herramienta y propiedades finales de la pieza. Concluye con una recomendación razonada.