7 Prefacio Esta sexta edición de Materiales y Procesos de Fabricación es la más reciente revisión del texto, que tan buena acogida recibió, introducido por E. Paul DeGarmo en 1957 y sucesivamente revisado en 1962, 1969, 1974 y En este caso, el Profesor De Garmo sigue manteniendo la dirección del conjunto de la obra, si bien ha delegado gran parte de la redacción a dos nuevos coautores: el Dr. Ronald A. Kohser y el Dr. J.T. Black. El Dr. Kohser se responsabiliza de las secciones de materiales y de procesos de moldeo, conformación y unión. El Dr. Black preparó la secciones relativas a las operaciones de mecanizado y a las de procesos y técnicas relacionadas con la fabricación. Mirando atrás, nos encontramos con que las tendencias que se sei'íalaban en la quinta edición, es decir, más automatización y más mandos por ordenador, además de mayor acentuamiento en la productividad con calidad, se han manifestado hasta un punto tal que, actualmente, Estados Unidos se halla trabada en una batalla de productividad de dimensiones mundiales, sin parangones desde la 11 Guerra Mundial. En concreto, países como el Japón han efectuado incursiones importantes en zonas comerciales e industriales en tiempos consideradas dominio exclusivo de Estados Unidos. Los japoneses lo han conseguido desarrollando sistemas de fabricación significativamente distintos en filosofía, metodología y complejidad. Estrategias tales como la producción en el momento preciso y el control de calidad total han revolucionado este terreno. Los tiempos de preparación de máquina se reducen hasta el punto en que se hace económico producir en pequei'ías cantidades. Mejoran y aumentan el interés del operario y todo el personal de la compai'íía asume su responsabilidad ante el perfeccionamiento de la calidad. El comprobado éxito de tales métodos y filosofías obligan a implantarlos en todo el mundo. La actividad fabril se está viendo literalmente invadida por los ordenadores y microprocesadores y es esperable que con ello evolucione y se desarrollen nuevas aplicaciones. Los sistemas de control lógicos manejarán todo género de máquinas. El disei'ío y la fabricación ayudados por ordenador se emparejarán estrechamente con los ensayos y la verificación ayudados por ordenador, de tal modo que todo el siste- V
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8 VI Prefacio ma de producción caerá bajo el control de los ordenadores. Los robots industriales ejecutarán las operaciones con precisión y fiabilidad extremas. En la presente edición se reflejan todos esos cambios con la esperanza de que, a la vez que sirva de texto en las escuelas de ingeniería y en la industria de Estados Unidos y muchos otros países, contribuya al progreso significativamente. Se han dedicado espacios considerables a la robótica, a la fabricación asistida por ordenador y a las nuevas teorías sobre gestión de fabricación (tales como tecnología en grupo, fabricación en el momento preciso y control de calidad integrado), ya que los autores reconocen en ellos a los elementos teóricos y materiales de las plantas fabriles del futuro. Un ingeniero puede intervenir en un proceso de fabricación de una diversidad de formas: en la investigación de materiales, en el estudio y proyecto de maquinaria e instalaciones y en las técnicas de transformación de materiales. Sin embargo, la inmensa mayoría se ocupa de materiales y técnicas en cuanto a procedimientos para hacer realidad los proyectos. En la etapa de proyecto se toman un buen número de decisiones en torno a los materiales a utilizar y a los procesos a seguir para transformar o elaborar los primeros. En alguna fase de la secuencia de proyecto, selección de materiales y elaboración alguien debe decidir respecto a los materiales a utilizar y a los procesos de transformación o elaboración a aplicar. Dado que dichas decisiones afectan siempre al coste del producto, y que las mismas pueden afectar críticamente a su funcionalidad, es en sumo grado conveniente que sea el proyectista quien las tome o, al menos, que participe en ellas; de lo contrario, quizá resulten afectados los costes o la funcionalidad, o ambos a la vez. El proyecto, los materiales y el proceso deben considerarse componentes de una entidad única. Si bien continúan apareciendo materiales nuevos, y habitualmente más específicos, el hecho de que las reservas de materias primas de nuestro planeta son limitadas es algo que hoy día nadie discute. En los años más recientes se han creado materiales nuevos para hacer frente a demandas especiales, a medida que éstas surgen, los cuales suelen requerir unas técnicas de fabricación particulares y más precisas con el fin de aprovechar eficazmente las propiedades de tales materiales. Actualmente, y en el futuro, la economía de escasez y la necesidad de reciclar harán necesario emplear con el mejor rendimiento los materiales disponibles, y estos factores jugarán un papel cada vez más importante en la selección de los mismos. Del mismo modo, se han ido haciendo cada vez más comunes máquinas más perfeccionadas y versátiles, pero éstas, en su mayoría, sólo pueden aprovecharse al máximo, o por lo menos con el mejor rendimiento, si el proyectista conoce bien sus posibilidades y limitaciones. Por ello, aunque el propósito fundamental de esta edición siga siendo el mismo que en el de las anteriores, se ha acentuado la atención a la interrelación entre proyecto, selección de materiales y técnicas de fabricación, acento que se realza especialmente en el capítulo 10 titulado Selección de materiales. Se prosigue haciendo hincapié en los procesos básicos, pero recalcando más la manera en que los mismos se llevan a cabo con las modernas máquinas herramienta polivalentes. También se resalta la uti-
9 Prefacio VII lización de los mandos de lectura digital y de los sistemas de mando numérico, por cinta y por ordenador. Se dedica atención particular a los procesos y técnicas de fabricación que posibilitan producir directamente piezas en su forma final, o casi final, con poco o ningún desperdicio de materiales. Aunque se haya realizado un esfuerzo considerable para incluir todos los progresos más recientes, importantes y prometedores, tanto en materiales como en procesos, el acento se sigue cargando esencialmente en los conceptos fundamentales, para ofrecer con ello una base consistente desde la que conocer los fenómenos ya estudiados y también los que aún no se utilizan. Así pues, los capítulos sobre materiales están destinados a realzar por qué unos materiales u otros son adecuados para ciertas aplicaciones, por qué reaccionan como lo hacen al sufrir determinados procesos y por qué deben tratarse de un modo específico para obtener los resultados deseados. Cómo se elabora un cierto material es también un objetivo importante, pero secundario. Análogamente, respecto a las máquinas herramienta, se insiste primordialmente en lo que son capaces de hacer, en cómo lo hacen, en su precisión y en sus ventajas y limitaciones relativas, especialmente las económicas. Aunque debe prestarse alguna atención a su constitución y funcionamiento, ello es exclusivamente al objeto de que se conozca mejor la relación entre las herramientas y los objetivos precedentes. En la quinta edición se presentaban casos prácticos al final de diversos capítulos. Esta edición contiene treinta y nueve de ellos, en su mayor parte fruto de la experiencia profesional de uno de los autores. Se señ.ala aquí que no siempre guardan relación únicamente con el tema tratado en el capítulo que cierran, sino que su solución se basa en el contenido de todo lo tratado hasta ese punto del texto. (A veces, el lector deberá consultar las fuentes de información convenientes para hacerse con los datos que necesite, tal como le ocurriría en la realidad.) Estos casos prácticos son extremadamente útiles para despertar la conciencia del estudiante acerca de la gran importancia que tiene coordinar correctamente un proyecto con la selección de materiales y el proceso de manufactura, con el fin de lograr un producto satisfactorio y exento de fallos. Al igual que en ediciones anteriores, se han cuidado mucho las ilustraciones. Las fotografías se han elegido con el criterio de que instruyan y no de que hagan publicidad de un producto determinado. Un buen número de ellas se han realizado especialmente para este texto y en ello numerosas empresas han cooperado de muy buen grado. Ahora bien, debe tenerse presente que en muchos casos se han retirado guardas de protección de las máquinas para dejar al descubierto detalles importantes y que el personal que aparece no está provisto de los indumentos de protección que llevaría en caso de trabajo normal. El libro sigue estando ordenado de modo que pueda emplearse en cursos que traten de materiales y procesos a la vez, o bien en cursos que traten sólo de procesos de fabricación. En el primer caso, a lo largo de todos los capítulos se encontrará un tratado completo tanto de materiales como de procesos y técnicas. En el segundo caso, pueden omitirse los capítulos 2 a 10; aunque éstos puedan aprovecharse como
17 Capítulo 16 Metrología y verificación En los procesos de fabricación se crean formas de unas medidas concretas. A efectos de intercambiabilidad, esas medidas estan muchas veces normalizadas, o tipificadas. Así, las bombillas de 60 watt se hacen con los casquillos de la misma medida normalizada y, por su parte, los fabricantes de portalámparas hacen los enchufes de modo que admitan tales bombillas. Asimismo, es imposible comprar una bombilla de 67 watt, pues ésta no es una potencia normalizada. Al objeto de fabricar económicamente productos intercambiables con unos niveles determinados de calidad y fiabilidad, en el proyecto se definen unas especificaciones exactas, durante o después de la fabricación se llevan a cabo medidas a precisión de formas y dimensiones y, con el fin de controlar la calidad, se proveen medios para retornar al proceso aquella información metrológica. En términos generales, la dificultad y el costo de la fabricación de un producto crecen ambos conforme se trata de incorporar mayores precisión y exactitud a dicha fabricación. La fabricación en gran escala basada en la normalización e intercambiabilidad se generalizó a comienzos del decenio de El control dimensional hay que integrarlo en las máquinas herramienta y en los dispositivos de fijación de las piezas merced a una manufactura de precisión de tales máquinas y útiles. Seguidamente debe comprobarse cuidadosamente la producción de las máquinas (1) para establecer las posibilidades de cada máquina concreta y (2) para controlar y mantener la calidad del producto. Cuando un proyectista especifica las dimensiones y tolerancias de una pieza, muy a menudo lo hace para mejorar la actuación del producto pero, con ello, determina también las máquinas y operaciones necesarias para fabricarlo. Con mucha frecuencia al ingeniero de proyectos le será necesario alterar un diseño para mejorar la facilidad o los costos de fabricación (producibilidad), o bien del conjunto 521
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