introduccion_a_la_manufactura

Vista previa del material en texto

UNIVERSIDAD DEL BÍO BÍO 
FACULTAD DE INGENIERIA 
DEPARTAMENTO DE MECANICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Tema : Introducción a la Manufactura 
 Capítulo I : Mikell P. Groover. 
 Profesor : Federico Grossmann. 
 
UBB / DIMEC Materiales 
 INTRODUCCIÓN 
 
 
 La manufactura es una actividad importante desde el punto de vista tecnológico, 
económico e histórico. Se puede definir a la tecnología como una aplicación de la ciencia 
que proporciona a la sociedad y a sus miembros aquellos bienes que son necesarios o 
deseados. Existen numerosos ejemplos de tecnologías que afectan directa o 
indirectamente nuestra vida diaria. Considere, por ejemplo, la lista de productos que 
aparecen en la tabla 1.1; son el resultado de diversas tecnologías que ayudan a nuestra 
sociedad y a sus miembros a vivir mejor. ¿Qué tienen esos productos en común? Todos 
son manufacturas. Estos portentos tecnológicos no existirían si no hubiera sido posible 
producirlos. La manufactura es el factor esencial que los ha hecho posibles gracias a la 
tecnología. 
 
 Económicamente, la manufactura es un instrumento importante que permite a una 
nación crear riqueza material, Las industrias manufactureras en Estados Unidos 
representan cerca del 20% del producto nacional bruto (PNB). Los recursos naturales de 
un país, tales como tierras de cultivo, depósitos de minerales y reservas de petróleo 
también crean riqueza. La agricultura, minería e industrias similares representan en 
Estados Unidos menos del 5% del PNB. La construcción y obras públicas constituyen algo 
más del 5%. Y el resto son industrias de servicio que incluyen comercio al menudeo, 
transporte, banca, comunicaciones, educación y gobierno. El sector servicios cuenta 
aproximadamente con un 70% del PNB de Estados Unidos. Los servicios 
gubernamentales por sí solos representan casi la misma proporción del PNB que la del 
sector manufacturero, pero dichos servicios no crean riqueza. En la moderna economía 
internacional, una nación necesita una sólida base manufacturera (o recursos naturales 
importantes) si desea tener una economía fuerte con la cual brindar a su pueblo un alto 
nivel de vida. 
 
 Históricamente se ha subestimado la importancia de la manufactura en el 
desarrollo de las civilizaciones; no obstante, las culturas humanas que han sabido hacer 
mejor las cosas a lo largo de la historia, han sido las más exitosas. Haciendo mejores 
herramientas, se perfeccionaron las artesanías y las armas; la artesanía les permitió un 
mejor nivel de vida, las armas les permitieron conquistar a las culturas vecinas en tiempos 
de conflicto. Una de las grandes ventajas del Norte sobre el Sur en la Guerra civil 
estadounidense (1861-1865), fue su fortaleza industrial y su habilidad para la fabricación. 
En la Segunda Guerra Mundial (1939-1945) Estados Unidos sobrepasó a Alemania y 
Japón en producción, lo cual fue una ventaja decisiva para ganar la guerra. La historia de 
la civilización ha sido en gran parte, la historia de la habilidad humana para fabricar cosas. 
En este primer capítulo, tratamos algunos temas generales sobre manufactura. ¿Qué es 
manufactura? ¿Cómo se organiza en la industria? ¿Cuáles son los materiales, los 
procesos y los sistemas con que se realiza la producción? Nuestro capítulo concluye con 
una colección de láminas a color que muestran diversos productos y operaciones de 
manufactura. 
 
 
UBB / DIMEC Materiales 
TABLA 1.1 Productos representativos de varias tecnológicas, que impactan en su mayoría 
a casi todas las personas. 
 
 
 
 Zapatos para atleta 
 Máquina parlante automática 
 Bolígrafo 
 Teléfono celular 
 Reproductor de discos compactos 
Lentes de contacto 
Calculadora electrónica manual 
Bombilla de luz incandescente 
Robot industrial 
Circuito integrado 
Televisor a color de pantalla grande 
Aparato de diagnóstico médico por imagen de resonancia magnética 
Horno de microondas 
Silla de patio de una pieza moldeada en plástico 
Computadora personal 
Máquina fotocopiadora 
Correo electrónico 
Latas de bebida con lengüeta para abrir 
Reloj de pulsera de cuarzo 
Llanta radial de automóvil 
Podadora de césped autopropulsado 
Avión supersónico 
Raqueta de tenis de material compuesto 
Grabadora de videos 
Máquina lavadora y secadora 
 
 
 
 
 
1.1 ¿QUÉ ES MANUFACTURA? 
 
 La palabra manufactura se deriva de las palabras latinas rnanus (manos) y factus 
(hacer); esta combinación de términos significa hacer con las manos. La palabra inglesa 
manufacturing tiene ya varios siglos de antigüedad y la expresión “hecho a mano” 
describe precisamente el método manual que se usaba cuando se acuñó la palabra. Gran 
parte de la moderna manufactura se realiza con maquinaria computarizada y 
automatizada que se supervisa manualmente (véase la nota histórica 1.1). 
 
 
1.1.1 Definición de manufactura 
 
 La manufactura, como campo de estudio en el contexto moderno, puede definirse 
de dos maneras: tecnológica y económica, Tecnológicamente es la aplicación de 
procesos químicos y físicos que alteran la geometría, las propiedades, o el aspecto de un 
determinado material para elaborar partes o productos terminados; la manufactura incluye 
también el ensamble de partes múltiples para fabricar productos terminados. Los 
UBB / DIMEC Materiales 
procesos para realizar la manufactura involucran una combinación de máquinas, 
herramientas, energía y trabajo manual, tal como se describe en la figura 1.1 (a). La 
manufactura se realiza casi siempre como una sucesión de operaciones, Cada una de 
ellas lleva al material cada vez más cerca del estado final deseado. 
 
 Económicamente, la manufactura es la transformación de materiales en artículos 
de mayor valor, a través de una o más operaciones o procesos de ensamble, como se 
muestra en la figura 1.1 (b). El punto clave es que la manufactura agrega valor al material 
original, cambiando su forma o propiedades, o al combinarlo con otros materiales que han 
sido alterados en forma similar. El material original se vuelve más valioso mediante las 
operaciones de manufactura que se ejecutan sobre él. Cuando el mineral de hierro se 
conviene en acero, se le agrega valor Cuando la arena se transforma en vidrio, se le 
agrega valor Lo mismo sucede cuando el petróleo se refina y convierte en plástico; y 
cuando el plástico se moldea en una compleja geometría de una silla de patio, se hace 
aún más valioso. 
 
 Las palabras producción y manufactura se usan frecuentemente en forma 
indistinta. Producción, en opinión del autor, tiene un significado más amplio que 
manufactura. Se puede decir por ejemplo, “producción de petróleo crudo”, pero la frase 
“manufactura de petróleo crudo” queda evidentemente fuera de lugar; no obstante, las dos 
palabras son aceptadas. 
 
 
FIGURA 1.1 Dos maneras de definir manufactura: (a) como un proceso técnico y (b) como 
un proceso económico. 
 
 
 
 
1 .1 .2 Industrias manufactureras y productos 
 
 Aunque la manufactura es una actividad importante, no se lleva a cabo por sí 
misma. Se realiza como una actividad comercial por parte de las compañías que venden 
sus productos a los consumidores. El tipo de manufactura que maneja una compañía 
depende de la clase de productos que fabrica. Se puede explorar esta relación si 
examinamos primero los tipos de industrias de manufactura, e identificamos después los 
productos que elaboran. 
UBB / DIMEC Materiales 
Industrias manufactureras: Son empresas y organizaciones que producen o abastecen 
bienes y servicios, pueden clasificarse como primarias, secundarias o terciarias. Las 
industrias primarias son aquellas que cultivan y explotan los recursos naturales, tales 
como la agricultura y la minería. 
 
 
Las industrias secundarias: adquieren los productos de las industrias primarias y los 
convienen en bienes de consumo o de capital. La actividad principal de las industrias en 
esta categoría es la manufactura, incluyendo también la construcción ylas instalaciones 
para la producción de energía. Las industrias terciarias constituyen el sector de servicios 
de la economía. En la tabla 1.2 se presentan las listas de industrias específicas en cada 
categoría. 
 
TABLA 1.2 Industrias especificas en las categorías primaria, secundaria y terciaria, 
sobre la base aproximada a la International Standard Industrial Classification (ISIC) usada 
por Naciones Unidas. 
 
Primarias Secundarias Terciarias (servicios)
Agricultura Aerospacial Banca
Forestal Bisutería y accesorios Comunicaciones
Pesca Automotriz Educación
Ganadería Metales básicos Entretenimiento
Canteras Bebidas Servicios financieros
Minería Materiales para la construcción Gobierno
Petróleo (extracción) Productos químicos Salud y servicios médicos
Computadoras Hotelería
Construcción Información
Enseres domésticos Seguros
Electrónica Servicios legales
Equipo Sienes raíces
Metales habilitados Reparación y mantenimiento
Procesamiento de alimentos Restaurantes
Vidrio y cerámica Comercio al detalle
Maquinaria pesada Turismo
Papel Transporte
Refinación de petróleo Comercio al mayoreo
Productos farmacéuticos
Plásticos (formado)
Instalaciones de generación de energía
Publicidad
Textiles
Llantas y productos de hule
Madera y muebles
 
UBB / DIMEC Materiales 
En este libro nos interesan las industrias secundarias (columna central en la tabla 1.2); 
donde se encuentran clasificadas las compañías dedicadas a la manufactura; sin 
embargo, la International Standard Industrial Classification (ISIC) utilizada para recopilar 
la tabla 1.2 incluye varias industrias cuyas tecnologías de producción no se cubren en 
este texto, por ejemplo: bebidas, productos químicos y procesamiento de alimentos. En 
este libro la palabra manufactura significa la producción de equipo y herramientas, lo cual 
comprende desde tuercas y tomillos hasta computadoras digitales y armas. Se incluyen 
también productos cerámicos y plásticos, pero se excluyen: ropa, confección, bebidas, 
productos químicos, alimentos, y por supuesto programas de computación. Nuestra 
pequeña lista de industrias manufactureras aparece en la tabla 1.3. 
 
 
Productos manufacturados: Los productos fabricados por las industrias que aparecen 
en la tabla 1.3 pueden dividirse en dos clases principales: bienes de consumo y bienes de 
capital. Los bienes de consumo son los productos que compran directamente los 
consumidores, tales como automóviles, televisores, computadoras personales, llantas y 
raquetas de tenis. Los bienes de capital son aquellos que adquieren otras compañías para 
producir bienes o servicios. Ejemplos de bienes de capital son los aviones, las macro 
computadoras, los equipos de ferrocarril, las máquinas herramientas y el equipo de 
construcción. 
 
 
 
TABLA 1.3 Industrias manufactureras cuyos sistemas y procesos quedan probablemente incluidos 
en este libro. 
 
Industria Productos típicos
Aerospacial Aviones militares y comerciales
Automotriz Automóviles, camiones, autobuses y motocicletas
Metales básicos Hierro y acero, aluminio, cobre
Computadoras Macros y microcomputadoras
Enseres domésticos Aparatos para el hogar grandes y pequeños
Electrónica Televisores, videograbadoras y equipos de audio
Equipo Maquinaria industrial, equipo ferrocarrilero
Metales habilitados Partes maquinadas, estampados metálicos, herramientas
Vidrio, cerámica Productos vítreos, herramientas cerámicas, loza
Maquinaria pesada Máquinas herramienta, equipo de construcción
Plásticos (formado) Plásticos moldeados, extrusiones
Llantas y productos de hule Llantas, suelas de hule, pelotas de tenis
UBB / DIMEC Materiales 
UBB / DIMEC Materiales 
 
 
UBB / DIMEC Materiales 
UBB / DIMEC Materiales 
UBB / DIMEC Materiales 
Además de las industrias que elaboran productos finales, ensamblados comúnmente, 
existen otras cuyo negocio consiste principalmente en la producción de materiales, 
componentes y suministros para las compañías que hacer los productos finales. Ejemplos 
de estos componentes incluyen láminas y barras de acero, metales estampados, partes 
maquinadas, molduras plásticas, buriles, dados, moldes y lubricantes. A grandes rasgos, 
se puede observar que el sector manufacturero es una compleja infraestructura que reúne 
varias categorías y segmentos de proveedores intermedios que por lo general nunca 
conoce el consumidor final. 
 
 Los productos con los que estamos generalmente involucrados en este libro son 
artículos discretos, partes individuales y productos ensamblados más que materiales 
producidos en procesos continuos. Un estampado metálico es un artículo discreto, pero el 
rollo de lámina metálica con el cual se hace es continuo. Muchas partes discretas 
comienzan como productos continuos o semi-continuos, tal es el caso de materiales 
extruidos, cables eléctricos, o secciones hechas en longitudes casi continuas que se 
cortan al tamaño deseado. Una refinería de petróleo es el mejor ejemplo de un proceso 
continuo. 
 
 
Cantidad de producción y variedad de productos: La cantidad de productos hechos 
por una fábrica influye significativamente sobre la forma en que ésta organiza su personal, 
sus instalaciones y sus procedimientos. Las cantidades anuales de producción pueden 
clasificarse en tres categorías: 1) baja producción comprendida en un rango que va de 1 a 
100 unidades por año, 2) producción media en el intervalo de 100 a 10,000 unidades por 
año y 3) alta producción de 10,000 a varios millones de unidades anuales. Los limites 
entre categorías son en cierta forma arbitrarios (a juicio del autor); se puede modificar su 
orden de magnitud, dependiendo de la clase de productos. 
 
 La cantidad de producción se refiere al número de unidades de un solo tipo 
producidas anualmente. Algunas plantas producen diferentes tipos de artículos hechos en 
cantidades medias o bajas, otras más se especializan en la alta producción de un solo 
tipo de producto. Es interesante identificar a la variedad de productos como un parámetro 
distinto de la cantidad de producción. La variedad de productos se refiere a los diferentes 
diseños o tipos de productos fabricados en una planta. Productos distintos, tanto en forma 
como en tamaño, desempeñan funciones diferentes y se destinan a diferentes mercados, 
algunos tienen más componentes que otros y así sucesivamente. Puede contarse el 
número de los diferentes tipos de productos que se hacen cada año, si este número es 
alto significa una alta variedad de producción. 
 
 En términos de las operaciones de fábrica existe una correlación inversa entre la 
variedad de productos y la cantidad de producción. Si la variedad de productos de una 
fábrica es alta, es probable que su cantidad de producción sea baja; pero si su cantidad 
de producción es alta, entonces su variedad de productos será baja. Esta relación se 
representa en la figura 1.2. Las plantas manufactureras tienden a situarse en una 
combinación de cantidad y variedad de productos que cae en algún lugar dentro de la 
banda diagonal de dicha figura. 
 
 Aunque hayamos definido la variedad de productos como un parámetro 
cuantitativo (número de tipos de productos hechos por la planta), este parámetro es 
mucho menos exacto que la cantidad de producción, porque los detalles de las diferencias 
entre los diversos diseños no se detectan simplemente por el número de diseños 
diferentes. Las diferencias entre un automóvil y un acondicionador de aire son mucho más 
grandes que las que existen entre un acondicionador de aire y una bomba de calor, 
Además, dentro de cada tipo de producto existen diferencias entre modelos específicos. 
UBB / DIMEC Materiales 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
FIGURA 1.2 Relación entre la variedad de productos y la cantidad de producción en 
manufactura de productos discretos. 
 
 
 
 Los productos pueden ser diferentes, pero la magnitud de las diferencias puede 
ser pequeña o grande. La industria automotriz ofrece algunos ejemplos que ilustran este 
punto. En Estados Unidos, cada empresaautomotriz produce automóviles con dos o tres 
diferentes marcas en la misma planta ensambladora, aunque los estilos de carrocería y 
otros aspectos de diseño sean virtualmente los mismos. Otras compañías construyen 
camiones pesados en plantas diferentes. Podríamos usar los términos suave y fuerte para 
describir estas diferencias en la variedad de productos. La variedad de producto suave 
ocurre cuando existen diferencias pequeñas entre productos, como las que existen entre 
modelos de automóviles fabricados en la misma línea de producción. La variedad suave 
en un producto ensamblado se caracteriza por la alta proporción de partes comunes entre 
los diferentes modelos. En la variedad de producto fuerte, los tipos difieren 
considerablemente y hay pocas o ninguna parte coman; como sucede entre un automóvil 
y un camión. La eficacia de una compañía o planta para enfrentar una gran variedad de 
productos depende en gran medida de su habilidad para lograr una variedad de producto 
suave, es decir, minimizar las diferencias verdaderas entre sus productos. 
 
 
 
1 .1 .3 Capacidad de manufactura 
 
 Una planta de manufactura consiste en un conjunto de procesos y sistemas (y 
desde luego trabajadores) diseñados para transformar una cierta clase limitada de 
materiales en productos con valor agregado. Estos tres pilares —materiales, procesos y 
sistemas— constituyen la esencia de la manufactura moderna. Existe una gran 
interdependencia entre estos factores. Una empresa dedicada a la manufactura no lo 
puede hacer todo; sin embargo tiene que realizar sólo ciertas cosas y debe hacerlas bien. 
La eficacia de la manufactura se refiere a las limitaciones físicas y técnicas de la empresa 
manufacturera y de cada una de sus plantas. Podemos identificar varias dimensiones de 
esta capacidad y aptitud: 1) capacidad y aptitud tecnológica de proceso, 2) tamaño físico y 
peso del producto, y 3) capacidad de producción. 
 
UBB / DIMEC Materiales 
Capacidad tecnológica de proceso: La capacidad tecnológica de proceso de una planta 
es el conjunto de procesos de manufactura de la cual dispone una empresa. Algunas 
plantas realizan operaciones de maquinado, otras laminan lingotes de acero 
convirtiéndolos en láminas, y algunas más construyen automóviles. Un taller de 
maquinado no puede laminar acero y el de laminación no puede construir canos. La 
característica fundamental que distingue a estas plantas son los procesos que pueden 
realizar. La capacidad tecnológica de proceso está relacionada estrechamente con el tipo 
de material. Ciertos procesos de manufactura se adaptan a ciertos materiales, mientras 
que otros procesos se adaptan a otros materiales. Al especializarse en algún proceso o 
grupos de procesos, la planta se especializa simultáneamente en un cierto tipo de 
material, 
 La capacidad tecnológica de proceso incluye no solamente los procesos físicos, 
sino también la pericia que tiene el personal de planta en dichas tecnologías de proceso. 
Las compañías están limitadas por los procesos de que disponen. Por eso deben 
concentrarse en el diseño y manufactura de los productos para los que su capacidad 
tecnológica de proceso les permita una ventaja competitiva. 
 
 
Limitaciones físicas del producto: Un segundo aspecto de la capacidad y aptitud de 
manufactura es el que impone el producto físico. En una planta con un cierto conjunto de 
procesos existen limitaciones sobre el peso y tamaño de los productos que pueden 
manejarse; los grandes y pesados son difíciles de mover, se requieren grandes grúas 
puente. La planta debe estar equipada con grúas de la capacidad de carga necesaria para 
mover los productos. Las partes y productos pequeños hechos en grandes cantidades 
pueden manejarse con transportadores u otros medios. La limitación sobre el tamaño y 
peso de los productos se extiende también a la capacidad física de los equipos de 
manufactura. Las máquinas de producción se diseñan en diferentes tamaños; las más 
grandes pueden usarse para procesar piezas grandes. De aquí que el conjunto de 
equipos de producción, manejo de materiales, capacidad de almacenamiento y tamaño de 
planta tenga que planearse para productos que entran dentro de un cierto rango de 
tamaño y peso. 
 
 
Capacidad de producción: Una tercera limitación sobre la capacidad y aptitud de la 
planta es la cantidad de producción que puede ser generada en un periodo establecido 
(mes o año por ejemplo). Esta limitación en cantidad es llamada comúnmente capacidad 
de planta o capacidad de producción, y se define como la máxima velocidad de 
producción que una planta puede lograr bajo condiciones dadas de operación. Las 
condiciones de operación se refieren al número de turnos de trabajo por semana, horas 
por turno, niveles de mano de obra directa en la planta, etcétera. Estos factores 
representan insumos de la planta manufacturera. Dados estos insumos, ¿cuánta 
producción puede generar la planta? 
 
 La capacidad de la planta se mide generalmente en términos de unidades 
producidas, tales como toneladas de acero producidas por una acería, o el número de 
canos producidos por una planta ensambladora. En estos casos los productos son 
homogéneos; en otros, donde las unidades producidas no son homogéneas, hay factores 
más apropiados de medida como las horas hombre de capacidad disponible en un taller 
mecánico que produce una variedad de partes. 
 
Los materiales, procesos y sistemas son los pilares de la manufactura y las tres grandes 
áreas de este libro. Permítasenos ofrecer un panorama general de estas materias. 
 
UBB / DIMEC Materiales 
1.2 LOS MATERIALES EN LA MANUFACTURA 
 
 La mayoría de los materiales de ingeniería pueden clasificarse en una de las tres 
categorías básicas: 
1) metales, 2) productos cerámicos y 3) polímeros; tanto sus características químicas 
como sus propiedades físicas y mecánicas son diferentes; estas diferencias afectan los 
procesos de manufactura que se usan para transformarlos en productos finales. Además 
de estas tres categorías básicas existe otra: 4) materiales compuestos, los cuales son 
mezclas no homogéneas de los otros tres tipos básicos de materiales, en lugar de una 
categoría única. La relación de los cuatro grupos se muestra en la figura 1.3. En esta 
sección describimos estos materiales, pero en los capitulo 7 al 11 estudiamos los cuatro 
tipos de materiales en forma más detallada. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
FIGURA 1.3 Diagrama de Venn 
mostrando los tres tipos básicos de 
materiales y los materiales 
compuestos. 
 
 
 
 
 
1.2.1 Metales 
 
 Los metales usados en la manufactura son comúnmente aleaciones, las cuales 
están compuestas de dos o más elementos, en donde por lo menos uno es metálico. Los 
metales pueden dividirse en dos grupos: 1) ferrosos y 2) no ferrosos. 
 
Metales ferrosos: Los metales ferrosos se basan en el hierro; el grupo incluye acero y 
hierro colado; éstos constituyen el grupo de materiales comerciales más importantes y 
comprende más de las tres cuartas partes del tonelaje de metal que se utiliza en todo el 
mundo. El hierro puro tiene poco uso comercial; pero aleado con el carbón tiene más usos 
y mayor valor comercial que cualquier otro metal. Las aleaciones de hierro y carbón 
pueden formar acero y hierro colado. 
 
 El acero es la categoría más importante dentro del grupo de metales ferrosos; 
puede definirse como una aleación de hierro y carbono que contiene de 0.02 a 2.11% de 
carbono como máximo. Su composición incluye frecuentemente otros elementos como 
manganeso, cromo, níquel y molibdeno para mejorar las propiedades del metal. El acero 
tiene aplicaciones en la industria de la construcción (puentes, perfiles estructurales y 
clavos), en el transporte (camiones, rieles y material laminado para ferrocarriles), y en 
productos de consumo (automóviles y aparatos). Las razones de la popularidad del acero 
son: 1)buena resistencia mecánica, 2) relativo bajo costo entre los metales y 3) facilidad 
de procesado en una gran variedad de procesos de manufactura.UBB / DIMEC Materiales 
 
 El hierro colado es una aleación de hierro y carbón (2 a 4%) que se utiliza en 
fundición (principalmente fundición en arena). En esta mezcla también se encuentra 
presente el silicio (en cantidades desde 0.5 a 3%), y frecuentemente se agregan otros 
elementos para obtener propiedades deseables en el producto final. El hierro colado se 
encuentra disponible en diferentes formas, de las cuales el hierro colado gris es la más 
común; sus aplicaciones incluyen la fabricación de monobloques y cabezas para motores 
de combustión interna. 
 
Metales no ferrosos: Los metales no ferrosos comprenden los otros elementos metálicos 
y sus aleaciones. En casi todos los casos, las aleaciones son más importantes que los 
metales puros comercialmente hablando. Los metales no ferrosos incluyen las aleaciones 
y los metales puros de aluminio, cobre, oro, magnesio, níquel, plata, estaño, titanio, zinc y 
otros metales. Entre los más fáciles de procesar están el aluminio; y entre los más 
difíciles, el níquel y el titanio. 
 
 
1 .2.2 Cerámicos 
 
 Un material cerámico se define comúnmente como un compuesto que contiene 
elementos metálicos (o semi-metálicos) y no metálicos. Los elementos no metálicos 
típicos son él oxigeno, el nitrógeno y el carbón. Algunas veces se incluye en la familia de 
los materiales cerámicos al diamante, el cual no se ajusta a la definición anterior. 
 
 Los materiales cerámicos abarcan una gran variedad de materiales tradicionales 
y modernos. Entre los materiales tradicionales que se han usado por miles de años se 
encuentran: el barro, cuya disponibilidad en la naturaleza es abundante, y está compuesto 
por finas partículas de silicatos hidratados de aluminio y otros minerales, el cual se usa 
para hacer ladrillos, tejas y alfarería; la sílice (SiO2), base de casi todos los productos de 
vidrio; la alúmina (Al203) y el carburo de silicio, dos materiales abrasivos usados en 
procesos de esmerilado. 
 
 Los materiales cerámicos modernos incluyen algunos de estos materiales, como 
la alúmina, cuyas propiedades se mejoran de varias formas mediante métodos modernos 
de proceso. Los materiales cerámicos más nuevos incluyen carburos de metales, como el 
carburo de tungsteno y el carburo de titanio que son empleados ampliamente en la 
fabricación de buriles, y los nitruros metálicos y semimetálicos como él nitruro de titanio y 
el Nitruro de Boro que se usan como herramientas de corte y abrasivos. 
 
 Los materiales cerámicos pueden dividirse para propósitos de proceso en: 1) 
cerámicos cristalinos y 2) vidrios. Se requieren diferentes métodos de manufactura para 
los dos tipos. Los materiales cerámicos cristalinos son formados de diversas maneras a 
partir de polvos y luego se sinterizan (se calientan a una temperatura por debajo del punto 
de fusión para aglutinar y endurecer los polvos). Los materiales vitreos (vidrio) pueden 
derretirse, vaciarse y luego formarse mediante procesos como el tradicional soplado de 
vidrio. 
 
UBB / DIMEC Materiales 
1 .2.3 Polímeros 
 
 Un polímero es un compuesto formado por repetidas unidades estructurales 
llamadas meros cuyos átomos comparten electrones para formar moléculas muy grandes. 
Los polímeros están constituidos generalmente por carbón y otros elementos como 
hidrógeno, nitrógeno, oxigeno y cloro. Los polímeros se dividen en tres categorías: 
 
1) Polímeros termoplásticos. Los termoplásticos pueden someterse a múltiples ciclos 
de calentamiento y enfriamiento sin alterar sustancialmente la estructura molecular 
del polímero. En esta categoría podemos mencionar al polietileno, poliestireno, 
cloruro de polivinilo y nylon. 
 
2) Polímeros termofijos. Estas moléculas se transforman químicamente (se curan) en 
una estructura rígida cuando se enfrían después de una condición plástica por 
calentamiento, de aquí el nombre de termofijo. Algunas sustancias de esta familia 
son las resinas fenólicas, aminorresinas y resinas epóxicas. Aunque se usa el 
término termofijo, algunos de estos polímeros se curan mediante mecanismos no 
térmicos. 
 
3) Elastómeros. Estos polímetros exhiben un comportamiento elástico importante, de 
aquí el nombre de elastómero. En esta categoría se encuentra el hule natural, el 
neopreno, las siliconas y el poliuretano. 
 
1 .2.4 Compuestos 
 
 Los materiales compuestos no constituyen realmente una categoría separada de 
los materiales; sino que constituyen una mezcla de los otros tres tipos de materiales. Un 
material compuesto se logra comúnmente con dos fases en las que se procesan 
separadamente los materiales y luego se unen para lograr propiedades superiores a los 
de sus constituyentes. El término fase se refiere al procesamiento de una masa de 
material homogéneo, como un agregado de granos con idéntica estructura celular unitaria 
en un metal. La estructura usual de un material compuesto está formada por partículas o 
fibras de una fase mezcladas con una segunda fase llamada matriz. 
 
 Los materiales compuestos se encuentran en la naturaleza (madera, por ejemplo) 
y pueden también producirse sintéticamente. Estos últimos son los que nos interesan; 
comprenden fibras de vidrio en matriz de polímero como los plásticos reforzados con 
fibras; fibras de polímero de una clase en matriz de un segundo tipo de polímero, como 
los compuestos epoxy-Kevlar; y materiales cerámicos en matriz metálica, como carburo 
de tungsteno en una cubierta de cobalto para formar un buril de carburo cementado. 
 
 Las propiedades de los materiales compuestos dependen de sus componentes, 
de la forma física de dichos componentes y de la manera en que se combinan para formar 
el material final. Algunos materiales compuestos combinan alta resistencia con peso ligero 
y son apropiados para utilizarse como componentes de aviones, carrocerías de 
automóviles, cascos de botes, raquetas de tenis y cañas de pesca; otros son fuertes, 
duros y capaces de mantener estas propiedades a temperaturas elevadas, como por 
ejemplo los buriles de carburo cementado. 
 
UBB / DIMEC Materiales 
1.3 PROCESOS DE MANUFACTURA 
 
 
 Los procesos de manufactura pueden dividirse en dos tipos básicos: 1) 
operaciones de proceso y 2) operaciones de ensamble. Una operación de proceso 
transforma un material de trabajo de una etapa a otra más avanzada, que lo sitúa cerca 
del estado final deseado para el producto. Esto le agrega valor al cambiar la geometría, 
las propiedades o la apariencia del material inicial. Por lo general, las operaciones de 
proceso se ejecutan sobre partes discretas de trabajo, pero algunas de ellas se aplican 
también a artículos ensamblados. Una operación de ensamble une dos o más 
componentes para crear una nueva entidad llamada ensamble, subensamble o cualquier 
otra manera que se refiera al proceso de unir (por ejemplo a un ensamble soldado se le 
llama conjunto soldado). En la figura 1.4 se presenta una clasificación de procesos de 
manufactura. 
 
 
UBB / DIMEC Materiales 
1.3.1 Operaciones de proceso 
 
 Una operación de proceso utiliza energía para alterar la forma, las propiedades 
físicas o el aspecto de una pieza de trabajo a fin de agregar valor al material. Las formas 
de energía incluyen la mecánica, térmica, eléctrica o química. La energía se aplica de 
forma controlada mediante la maquinaria y su herramental. También puede requerirse la 
energía humana, pero los seres humanos generalmente se dedican a controlar las 
máquinas, a examinar las operaciones, a cargar y descargar partes antes y después de 
cada ciclo de operación. Un modelo general de las operaciones de proceso se ilustra en la 
figura 1.1 (a): el material se alimenta en el proceso, la maquinaria y las herramientas 
aplican la energía para transformar el material, y la pieza terminada sale del proceso. 
Como se muestra en dicho modelo, la mayoría de las operaciones de producción 
producen desechos o desperdicios, ya sea como un aspecto natural del proceso (por 
ejemplo, material removido en maquinado) o en la forma deocasionales piezas 
defectuosas. Un objetivo importante en la manufactura es la reducción del desperdicio en 
cualquiera de estas formas. 
 
 Comúnmente se requiere más de una operación de proceso para transformar el 
material inicial a su forma final. Las operaciones se realizan en una sucesión panicular 
que se requiera para lograr la geometría y las condiciones definidas por las 
especificaciones de diseño. 
 
 Se distinguen tres categorías de operaciones de proceso: 1) operaciones de 
formado, 2) operaciones para mejorar propiedades y 3) operaciones de procesado de 
superficies. Las operaciones de formado alteran la geometría del material inicial de trabajo 
mediante diversos métodos que incluyen los procedimientos comunes de fundición, 
forjado y maquinado. Las operaciones para mejorar propiedades agregan valor al material 
con la mejora de sus propiedades físicas sin cambiar su forma; el tratamiento térmico es 
el ejemplo más común. Las operaciones de procesado de superficies tienen por objeto 
limpiar, tratar, revestir o depositar materiales en la superficie exterior de la pieza de 
trabajo; ejemplos comunes son la electrodepositación y la pintura que se aplican para 
proteger la superficie o para mejorar su aspecto. Los procesos de formado se cubren en 
las partes III a la VI, que corresponden a las cuatro categorías principales de procesos de 
formado que se muestran en la figura 14. Los tratamientos térmicos se analizan en el 
capítulo 8. Otros procesos de mejora de propiedades se cubren en secciones diversas del 
libro. La mayoría de las operaciones de procesado de superficies se describen en los 
capítulos 32 y 33; y otros procesos y tratamientos de superficies relacionados con la 
manufactura de componentes electrónicos se analizan en el capítulo 34. 
 
 Procesos de formado La mayoría de los procesos de formado aplican calor, 
fuerza mecánica o una combinación de ambas para efectuar un cambio en la geometría 
del material de trabajo. Hay diversas formas de clasificar los procesos de formado. La 
clasificación empleada en este libro se basa en el estado inicial del material e incluye 
cuatro categorías: 
 
1) Fundición, moldeado y otros procesos en los que el material inicial es un líquido 
calentado o semifluido. 
2) Procesado de partículas: el material inicial es un polvo que se forma y calienta para 
darle una geometría deseada. 
3) Procesos de deformación: el material inicial es un sólido dúctil (usualmente metal) 
que se deforma para formar la pieza. 
4) Procesos de remoción de material: el material inicial es un sólido (dúctil o frágil) del 
cual se quita material para que la pieza resultante tenga la geometría deseada. 
UBB / DIMEC Materiales 
En la primera categoría, el material inicial se calienta lo suficiente para 
transformarlo en un líquido o llevarlo a un estado altamente plástico (semifluido). Casi 
todos los materiales pueden procesarse de esta manera. Todos los metales, los vidrios 
cerámicos y los plásticos pueden ser calentados a temperaturas suficientemente altas 
para convertirlos en líquidos. El material en forma líquida o semifluida. se vierte o es 
forzado a fluir en una cavidad de un molde para dejar que se solidifique, tomando así una 
forma igual a la de la cavidad. Los procesos que operan de esta forma se llaman fundición 
y moldeado. Fundición es el nombre usado para metales y moldeado es el término de uso 
común para plásticos. El trabajo en vidrio implica formar la pieza mientras éste se 
encuentra en un estado semifluido caliente, usando una variedad de técnicas que incluyen 
la fundición y el moldeado. Los materiales compuestos en matriz de polímeros se forman 
también mientras se encuentran en una condición fluida; algunos de los procesos son los 
mismos que se usan para los plásticos, mientras que otros son considerablemente más 
complicados. Esta categoría de procesos deformado se muestra en la figura 1.5. 
 
 
FIGURA 1.5 Los procesos de fundición y moldeado parten de un material al que se ha 
calentado hasta un estado fluido o semifluido. El proceso consiste en (1) vaciado del fluido 
en la cavidad de un molde y (2) dejar enfriar el fluido hasta su total solidificación y 
remoción del molde. 
 
 
 En el procesamiento de partículas, los materiales iniciales son polvos de metales 
o polvos cerámicos. Aunque estos dos materiales son bastantes diferentes, los procesos 
para formarlos en el procesamiento de partículas son muy similares; la técnica común 
involucra prensado y sinterizado, como se ilustra en la figura 1.6, en que el polvo es 
primeramente prensado en la cavidad de un dado a muy alta presión. Esto ocasiona que 
el polvo tome la forma de la cavidad, pero la pieza así compactada carece de la fortaleza 
suficiente para cualquier aplicación útil. Para aumentar su fortaleza, la parte se calienta a 
una temperatura por debajo de su punto de fusión, lo cual ocasiona que las partículas 
individuales se unan. La operación de calentamiento se llama sinterizado. 
 
 En los procesos de deformación, la pieza inicial se forma por la aplicación de 
fuerzas que exceden la resistencia del material a la deformación. Para que el material 
pueda formarse de esta manera debe ser lo suficientemente dúctil para evitar la fractura 
durante la deformación. A fin de aumentar su ductilidad (y por otras razones), el material 
de trabajo frecuentemente se calienta con anterioridad a una temperatura por debajo de 
su punto de fusión. Los procesos de deformación se asocian estrechamente con el trabajo 
de metales, e incluyen operaciones tales como forjado, extrusión y laminado, las cuales 
se muestran en la figura 1.7. También se incluyen dentro de esta categoría los procesos 
con chapas metálicas como el doblado que se ilustra en la parte (d) de la figura. 
UBB / DIMEC Materiales 
 
FIGURA 1.6 Procesado de partículas: (1) el material inicial es polvo; el proceso normal 
consiste en (2) prensado y (3) sinterizado. 
 
 
 Los procesos de remoción de material son operaciones que quitan el exceso de 
material de la pieza de trabajo inicial para que la forma resultante adquiera la geometría 
deseada. Los procesos más importantes en esta categoría son operaciones de 
maquinado como torneado, taladrado y fresado (figura 1.8). Estas operaciones de corte 
son las que más se aplican a metales sólidos. Se ejecutan utilizando herramientas de 
corte que son más duras y más fuertes que el metal de trabajo. El esmerilado es otro 
proceso común en esta categoría, en el cual se usa una rueda abrasiva de esmeril para 
quitar el material excedente. Hay otros procesos de remoción de material denominados no 
tradicionales porque no usan herramientas tradicionales de corte y abrasión, En su lugar 
emplean rayo láser, haces de electrones, erosión química, descargas eléctricas y energía 
electroquímica. 
 
 Es conveniente minimizar los desechos y el desperdicio al convertir una pieza de 
trabajo inicial en su forma subsecuente. Ciertos procesos de formado son más eficientes 
que otros desde el punto de vista de la conservación del material. Los procesos de 
remoción de material (por ejemplo, maquinado) tienden a desperdiciar mucho material 
simplemente por la forma en que trabajan, el material que quitan de la pieza de trabajo 
inicial es un desperdicio. Otros procesos, como ciertas operaciones de colado y 
moldeado, convierten en casi un 100% el material inicial en producto final. Los procesos 
de manufactura que transforman casi toda la materia prima en producto terminado y no 
requieren ningún maquinado adicional para lograr la forma final de la pieza de trabajo se 
llaman procesos deforma neta. Los procesos que requieren un maquinado mínimo para 
producir la forma final se llaman procesos deforma casi neta. 
 
 
 
UBB / DIMEC Materiales 
 
 
FIGURA 1.7 Algunos procesos comunes de deformación: (a) forjado, en donde las dos 
partes de un dado comprimen la pieza de trabajo para que ésta adquiera la forma de la 
cavidad del dado; (b) extrusión, en la cual se fuerzauna palanquilla a fluir a través del 
orificio de un dado, para que tome la forma de la sección transversal del orificio; (c) 
laminado, en el cual una placa o palanquilla inicial es comprimida entre dos rodillos 
opuestos para reducir su espesor; y (d) doblado de una chapa metálica. Los símbolos V y 
F indican movimiento y fuerza aplicada, respectivamente. 
 
UBB / DIMEC Materiales 
 
 
FIGURA 1.8 Operaciones comunes de maquinado; (a) torneado, en el cual un buril de 
punto sencillo remueve material de una pieza de trabajo giratoria para reducir su diámetro; 
(b) taladrado, en donde una broca rotatoria avanza dentro del material para generar un 
barreno redondo; (c) fresado, en el cual se hace avanzar un material de trabajo por medio 
de un cortador giratorio con filos múltiples. 
 
 
Procesos de mejora de propiedades: El segundo tipo en importancia de procesamiento 
de materiales se realiza para mejorar las propiedades físicas o mecánicas del material de 
trabajo. Estos procesos no alteran la forma de la parte, excepto en algunos casos de 
forma no intencional. Los procesos más importantes de mejora de propiedades involucran 
tratamientos térmicos que incluyen diversos procesos de recocido y resistencia para 
metales y vidrio. El sinterizado de polvos cerámicos y de metales es también un 
tratamiento térmico que hace resistente una pieza de polvo metálico prensado. 
 
Operaciones de procesado de superficies: Las operaciones de procesado de superficie 
incluyen 1) limpieza, 2) tratamientos de superficie, y 3) procesos de recubrimiento y 
deposición de películas delgadas. La limpieza incluye procesos mecánicos y químicos 
para quitar la suciedad, la grasa y otros contaminantes de la superficie. Los tratamientos 
de superficie incluyen tratamientos mecánicos como el chorro de perdigones y chorro de 
arena, así como procesos físicos como la difusión y la implantación iónica. Los procesos 
de recubrimiento y deposición de películas delgadas aplican un revestimiento de material 
a la superficie exterior de la pieza de trabajo. Los procesos comunes de revestimiento 
UBB / DIMEC Materiales 
incluyen el electrodepositado, el anodizado del aluminio, los recubrimientos orgánicos 
(conocidos como pintura) y el esmalte de porcelana. Los procesos de deposición de 
películas delgadas incluyen la deposición química y física de vapores para formar reves-
timientos sumamente delgados de sustancias diversas. 
 
 Las operaciones de recubrimiento se aplican más comúnmente a partes 
metálicas que a los productos cerámicos o a los polimeros. En muchos casos se aplican 
recubrimientos sobre ensambles; por ejemplo, las carrocerías soldadas de automóviles se 
pintan y recubren. Existen buenas razones para aplicar recubrimientos a la superficie de 
una parte o producto: 1) protección contra la corrosión, 2) color y apariencia, 3) resistencia 
al desgaste y 4) preparación para procesamientos subsiguientes. 
 
 Se han adaptado varias operaciones de proceso para fabricar materiales 
semiconductores de circuitos integrados en microelectrónica, Estos procesos incluyen 
deposición química de vapor, deposición física de vapor y oxidación. La aplicación se 
lleva a cabo en áreas muy localizadas sobre la superficie de una oblea delgada de silicio 
(u otro material semiconductor) para crear los circuitos microscópicos. 
 
 
1. 3.2 Operaciones de ensamble 
 
 El segundo tipo básico de operaciones de manufactura es el ensamble, en el cual 
dos o más partes separadas se unen para formar una nueva entidad, los componentes de 
ésta quedan unidos en forma permanente o semipermanente. Los procesos de unión 
permanente incluyen: la soldadura térmica, la soldadura fuerte, la soldadura blanda y el 
pegado con adhesivos. Estos procesos forman una unión entre componentes que no 
puede deshacerse fácilmente. Los métodos de ensamble mecánico aseguran dos o más 
panes en una unión que puede desarmarse cuando convenga; el uso de tornillos, pernos, 
tuercas y demás sujetadores roscados son métodos tradicionales importantes dentro de 
esta categoría. El remachado, los ajustes a presión y los encajes de expansión son otras 
técnicas de ensamble mecánico que forman uniones más permanentes. 
 
 En electrónica se usan métodos especiales de ensamble, algunos de los cuales 
son iguales a los anteriores o adaptaciones de los mismos. Por ejemplo, la soldadura 
blanda se usa ampliamente en ensambles electrónicos, los cuales están relacionados 
directamente con el armado de componentes (como los circuitos integrados 
encapsulados) en las tarjetas de circuitos impresos para producir los complejos circuitos 
que se usan en muchos productos actuales. 
 
 Los procesos de unión y ensamble se analizan en los capítulos 28 al 31, y las 
técnicas especializadas (así como otras técnicas) en electrónica se describen en los 
capítulos 34 y 35, 
 
 
UBB / DIMEC Materiales 
1.3.3 Máquinas de producción y herramientas 
 
 Para la ejecución de las operaciones de producción se utilizan maquinarias y 
herramientas (así como mano de obra). El uso extensivo de maquinaria se inició con la 
Revolución Industrial, fue en esa época cuando se comenzaron a desarrollar y a usar 
ampliamente las máquinas cortadoras de metal denominadas máquinas herramienta, es 
decir, máquinas motorizadas para operar las herramientas de corte que anteriormente se 
manejaban en forma manual. Las máquinas herramienta moderna se describen mediante 
la misma definición básica, excepto que la fuerza motriz es más bien eléctrica que 
hidráulica o de vapor, y el nivel de precisión y automatización es mucho más elevado hoy 
en día. Entre todas las máquinas de producción, las máquinas herramienta son las más 
versátiles, no solamente se usan para fabricar artículos de consumo, sino también para 
producir componentes para otras máquinas de producción. Tanto históricamente como en 
un sentido reproductivo, la máquina herramienta es la madre de toda la maquinaria. 
 
 Otras máquinas de producción incluyen prensas para operaciones de estampado, 
martinetes para forja, molinos para laminación de placas metálicas, máquinas soldadoras, 
máquinas de inserción para insertar los componentes electrónicos en las tarjetas de 
circuitos impresos, y así sucesivamente. En general, el nombre del equipo deriva del 
nombre del proceso en el que se utiliza. 
 
 El equipo de producción puede ser de propósito general o de propósito especial. 
El equipo de propósito general es más flexible y adaptable a una diversidad de tareas; se 
encuentra en el comercio al alcance de cualquier empresa manufacturera que quiera 
invertir en él, El equipo de propósito especial se diseña para producir partes o artículos 
específicos en grandes cantidades. La economía de la producción en masa justifica las 
grandes inversiones que persiguen lograr una alta eficiencia y ciclos de corto tiempo con 
equipos de propósito especial. Ésta no es la única razón para el uso del equipo de 
propósito especial, pero sí es la dominante. Otra razón para su uso es la existencia de un 
proceso único para el que no existe equipo comercial disponible. Algunas compañías que 
requieren procesos únicos desarrollan su propio equipo de propósito especial. 
 
 La maquinaria de producción requiere necesariamente de herramientas; éstas 
especializan a la máquina para el trabajo de partes únicas de un producto. En muchos 
casos, las herramientas son especiales y deben diseñarse específicamente para ciertas 
partes o para la configuración del producto. cuando se usan con equipo de propósito 
general, las herramientas se diseñan para ser intercambiables. Para cada tipo de pieza se 
fijan las herramientas a la máquina y se corre la producción de un lote. Al terminar, se 
cambian las herramientas para producir el siguiente tipo de pieza. cuando se usan en 
equipos de propósito especial, las herramientas se diseñan como partes integrales de la 
máquina; es probable que las máquinas de propósito especial se diseñen para usarse en 
producción masiva, por tanto,puede no necesitarse el cambio de herramientas excepto 
para reemplazar componentes gastados o reparar superficies desgastadas. 
 
 
UBB / DIMEC Materiales 
El tipo de herramientas depende del proceso de manufactura. En la tabla 1.4 se 
muestra una lista de ejemplos de herramientas especiales que se utilizan en varias 
operaciones. En los capítulos donde se analizan los procesos respectivos se proporcionan 
los detalles. 
 
TABLA 1.4 Equipo de producción y herramientas que se usan en varios procesos de 
manufactura 
 
 
Proceso Equipo Herramienta especial (función)
Fundición Varios Molde (cavidad para metal fundido)
Moldeado Máquina moldeadora Molde (cavidad para polímero caliente)
Laminado Molino laminador Rodillos (reduce el espesor del material)
Forjado Martinete de forja Dados (comprimen el material para formarlo)
Extrusión Prensa Dados de extrusión (reducen la sección transversal)
Estampado Prensa Dados (cortan y forman láminas de metal)
Maquinado Máquinas herramienta Herramientas de corte (remueven material)
Accesorios (sostienen La pieza de trabajo)
Plantillas (guían las herramientas)
Esmerilado Máquina esmeriladora Rueda de esmeril (remueve material)
 Soldadura Máquina soldadora Electrodos (funden el metal de la pieza)
Accesorios (sostienen la pieza durante la operación de soldado)
 
 
 
 
 
 
1.4 SISTEMAS DE PRODUCCIÓN 
 
 
 Para operar en forma efectiva, una empresa manufacturera debe tener sistemas 
que le permitan lograr eficientemente el tipo de producción que realiza. Los sistemas de 
producción consisten en mano de obra, equipos y procedimientos diseñados para 
combinar los materiales y procesos que constituyen sus operaciones de manufactura. Los 
sistemas de producción pueden dividirse en dos categorías: 
 
1) Instalaciones. 
2) Apoyo a la manufactura. 
 
 Las instalaciones se refieren al equipo físico y su disposición en la planta. Los 
sistemas de apoyo a la manufactura son los procedimientos usados por la compañía 
para administrar la producción y resolver los problemas técnicos y logísticos que surgen 
en el ordenamiento de los materiales, el movimiento de los trabajos en la planta, y la 
seguridad deque los productos cumplen con las normas de calidad. Ambas categorías de 
sistemas de producción incluyen al personal; ellos hacen que estos sistemas trabajen. En 
general, el personal operativo (trabajadores de cuello azul, u obreros) es responsable de 
operar el equipo de manufactura y el personal profesional (trabajadores de cuello blanco, 
o administrativo) es responsable del apoyo a la manufactura. 
UBB / DIMEC Materiales 
1.4.1 Instalaciones para la producción 
 
 Las instalaciones de producción comprenden la planta, el equipo de producción y 
el equipo de manejo de materiales. El equipo entra en contacto físico directo con las 
panes y ensambles conforme éstos se fabrican. Las instalaciones “tocan” el producto. En 
éstas se incluye también la distribución del equipo dentro de la fábrica: la disposición de la 
planta. 
 
 Una compañía manufacturera trata de organizar cada una de sus fábricas en la 
forma más eficiente para cumplir la misión particular de cada planta. Se han reconocido a 
través de los años, ciertos tipos de instalaciones que representan la manera más 
apropiada para organizar determinados tipos de manufactura. Por el tipo de manufactura, 
nos referimos a la combinación de variedad de productos y cantidad de producción 
discutida en la sección 1.1.2. Se requieren diferentes instalaciones para cada uno de los 
tres rangos definidos anteriormente. 
 
Producción en baja cantidad: En la gama de baja cantidad de producción (1 a 100 uni-
dades / año) se usa frecuentemente el término de taller de trabajo para describir las 
instalaciones de producción. Un taller de trabajo hace bajas cantidades de productos 
especializados y a la medida. Los productos ahí elaborados son típicamente complejos, 
tales como cápsulas espaciales, prototipos de aeronaves y maquinaria especial. El equipo 
en un taller de trabajo es de propósito general y la mano de obra es altamente calificada. 
 
 Un taller de trabajo debe disefiarse para máxima flexibilidad, a fin de enfrentar la 
amplia variedad de productos que se pueden fabricar (variedad fuerte de productos). Si el 
producto es grande y pesado, y por tanto difícil de mover dentro de la fábrica, tendrá que 
permanecer en una ubicación única mientras se fabrica o ensambla. Los trabajadores y el 
equipo de proceso son llevados al lugar del producto en lugar de que el producto se 
mueva hacia el equipo. Este tipo de disposición de planta se conoce como disposición 
deposición fija, el cual se ilustra en la figura 1.9 (a). En tal situación, el producto 
permanece en una sola ubicación durante todo el proceso de producción. Ejemplos de 
tales productos son los buques, aeronaves, locomotoras y maquinaria pesada. En la 
práctica, estos productos se construyen comúnmente en módulos grandes con 
ubicaciones únicas, y luego los módulos completos se reúnen para su ensamble final 
usando grúas de gran capacidad. 
 
 Los componentes individuales que forman estos grandes productos se hacen 
comúnmente en fábricas donde el equipo se dispone según su función o tipo. A este 
arreglo se le llama disposición de proceso. Los tornos están en un departamento, las 
fresadoras en otro, etc. como se muestra en la figura 1.9 (b). Las diferentes panes que 
requiere cada sucesión diferente de operaciones se mueven a través de los 
departamentos de acuerdo con el orden particular necesario que se requiere para su 
proceso, manufacturando en lotes generalmente. La disposición del proceso es notable 
por su flexibilidad, puede acomodar una gran variedad de secuencias distintas de 
operación para las diferentes configuraciones de las partes del producto. Su desventaja 
es que la maquinaria y los métodos de fabricación de estos productos no están diseñados 
para una alta eficiencia, y también se requiere mucho manejo de materiales para mover 
las partes entre los departamentos. 
UBB / DIMEC Materiales 
 
FIGURA 1.9 Tipos de disposición de planta (a) disposición de posición fija (b) disposición 
de proceso (c) disposición celular (d) disposición en línea. 
UBB / DIMEC Materiales 
Producción en mediana cantidad: En este rango de producción media (100 a 10,000 
unidades por año) distinguimos dos tipos diferentes de instalaciones, dependiendo de la 
variedad de productos. Cuando la variedad del producto es fuerte, el enfoque usual es la 
producción por ¡ores, en la cual se fabrica un lote de productos, después de éste se 
cambian las instalaciones para producir un lote del siguiente producto, y así 
sucesivamente. Las órdenes de producción de cada producto se repiten. La velocidad de 
producción del equipo es mayor que la demanda por un tipo único de producto, de esta 
forma puede compartirse el mismo equipo entre múltiples productos. El cambio entre 
corridas de producción toma tiempo para cambiar las herramientas y para ajustar la 
maquinaria, Este intervalo destinado al montaje es tiempo perdido de producción, y es 
una desventaja en la manufactura por lotes. La producción por lotes se usa generalmente 
para reponer existencias en un inventario que se agota por la demanda. El equipo se 
organiza en una disposición de proceso [véase figura 1.9 (b)]. 
 
 Es posible un enfoque alternativo de producción en cantidades medias si la 
variedad de productos es suave. En este caso, puede no requerirse un cambio grande 
entre una corrida de producción y la siguiente. A veces es posible configurar el equipo, 
para que los grupos de productos similares puedan manufacturarse en el mismo equipo 
sin perder mucho tiempo en el cambio de herramientas. El proceso o ensamble de los 
diferentes productos o partes se realiza en células que consisten en varias estaciones de 
trabajo o máquinas. El término manufactura celular se asocia frecuentemente con este 
tipo de producción. Cada célula se diseña para producir una variedad limitada de las 
configuracionesde parte; es decir, la célula se especializa en la producción de un 
conjunto determinado de partes similares, según los principios de la tecnología de grupos 
(sección 38.1). La disposición de planta se llama disposición celular (el término 
disposición de tecnología de grupos también es común) y se muestra en la figura 1.9 (c). 
 
 
Producción en altas cantidades: El rango de alta cantidad de producción (de 10,000 a 
millones de unidades por año) se conoce como producción en masa. La situación se 
caracteriza por una alta demanda del producto y porque las instalaciones están dedicadas 
a la manufactura de ese único producto. Pueden distinguirse dos categorías de 
producción en masa: 1) producción en cantidad y 2) producción en línea. La producción 
en cantidad comprende la producción en masa de partes sencillas con piezas sencillas del 
equipo. El método de producción involucra máquinas estándar (como prensas de 
estampado) equipadas con herramientas especiales (como dados y dispositivos para 
manejar el material) que habilitan efectivamente al equipo para la producción de un solo 
tipo de parte. Las disposiciones de planta típicas que se usan en la producción de 
grandes cantidades son: la disposición de procesos y la disposición celular [figuras 1.9 (b) 
y (c)]. 
 
 La producción en línea de flujo implica múltiples piezas de equipo o estaciones de 
trabajo dispuestas en secuencia, a través de la cual se mueven físicamente las unidades 
de trabajo para completar el producto. El equipo y las estaciones de trabajo están 
diseñadas para procesar el producto con la mayor eficiencia. La disposición recibe el 
nombre de disposición del pmducto. y las estaciones de trabajo se disponen a lo largo de 
una línea, como se muestra en la figura 1.9 (d), o dentro de una serie de segmentos 
conectados. El trabajo generalmente se mueve entre las estaciones por transportadores 
mecanizados. En cada estación se termina una pequeña cantidad de trabajo sobre cada 
unidad o producto. 
 
 
UBB / DIMEC Materiales 
El ejemplo más familiar de producción en línea de flujo es la línea de ensamble de 
productos, tales como los automóviles y algunos aparatos domésticos. En el caso 
fundamental de producción en línea de flujo no hay variación en los productos hechos en 
la línea. Todos los productos son idénticos y la línea se dedica a la producción de un solo 
modelo. Para comercializar exitosamente un producto determinado es útil introducir 
variaciones en el aspecto y los modelos para que los clientes puedan elegir la mercancía 
exacta que más les atraiga. Desde el punto de vista de producción, las diferencias en el 
aspecto representan un caso de variedad suave de productos. El término línea de 
producción de modelos mixtos se aplica a las situaciones donde existe una variedad 
suave en los productos manufacturados en la línea. El ensamble moderno de automóviles 
es un ejemplo, en el cual los carros que salen de la línea de ensamble tienen una 
variedad de opciones y accesorios que representan modelos diferentes y, en muchos 
casos, marcas diferentes para el mismo diseño básico de automóvil. 
 
 
1 .4.2 Sistemas de apoyo a la manufactura 
 
 Para operar las instalaciones eficientemente, una compañía debe organizarse 
para diseñar los procesos y los equipos, planear y controlar las órdenes de producción, y 
satisfacer los requisitos de calidad del producto. Estas funciones se realizan con los 
sistemas de apoyo a la manufactura, el personal y los procedimientos mediante los cuales 
una compañía administra sus operaciones de producción. La mayoría de estos sistemas 
de apoyo no tienen contacto directo con el producto, pero planean y controlan su avance 
dentro de la fábrica. Las funciones de apoyo a la manufactura son frecuentemente 
realizadas en la empresa por personal organizado dentro de departamentos tales como 
los siguientes: 
 
 Ingeniería de manufactura. Este departamento es responsable de planear los 
procesos de manufactura, es decir, decide cuáles procesos deben usarse para 
fabricar las partes y ensamblar los productos. Se encarga también de diseñar y 
ordenar las máquinas herramienta y otros equipos que utilizan los departamentos 
operativos para realizar el procesado y ensamble de productos. 
 
 Planeación y control de la producción. Este departamento es responsable de 
resolver los problemas logísticos en la manufactura: ordenar los materiales y 
partes a comprar, programar la producción y asegurar que los departamentos 
operativos tengan la capacidad necesaria para cumplir con los planes de 
producción. 
 
 Control de calidad. En el ambiente competitivo de hoy en día, la producción de 
artículos de alta calidad debe tener la más alta prioridad de cualquier empresa 
manufacturera, Ello significa diseñar y construir productos que satisfagan las 
especificaciones y satisfagan o excedan las expectativas de los consumidores. 
Gran parte de este esfuerzo es responsabilidad de control de calidad. 
 
 
UBB / DIMEC Materiales 
1.5 IMAGENES DE LA MANUFACTURA 
 
 En esta sección presentamos una serie de láminas a color que muestran diversos 
aspectos de la manufactura y de productos manufacturados. El avión es uno de los 
productos más grandes; el Boeing 777 que se muestra en la lámina 1 es una de las 
últimas y más avanzadas aeronaves comerciales. Los aviones comerciales se fabrican en 
cantidades anuales de producción de unos pocos cientos como máximo. Se construyen 
de aleaciones ligeras de aluminio (sección 7.3.1), magnesio (sección 7.3.2) y titanio 
(sección 7.3.5). La construcción moderna de aeroplanos también utiliza en forma 
creciente materiales compuestos de polímeros reforzados con fibra (sección 11.4.1). Las 
turbinas y otros componentes para los dos motores del 777 se fabrican con 
superaleaciones de alta resistencia (sección 7.4) que pueden operar a temperaturas 
elevadas con un máximo impulso y eficiencia. 
 
 En comparación con el tamaño y la cantidad de producción del Boeing 777, se 
tiene la manufactura en masa de los circuitos integrados, muchos de los cuales son 
empleados en la aviación moderna. En la lámina 2 se muestra un microprocesador Intel 
utilizado en muchas de las computadoras personales actuales. Este circuito ha sido 
fabricado en una pequeña pastilla “chip” de silicón de alta pureza (sección 9.6.2), mide 
solamente 0.414 x 0.649 pulg (10.5 x 16.5 mm) y contiene cerca de 1.2 millones de 
transistores. Aunque el microprocesador es una pieza monolítica simple, su secuencia de 
procesado es una de las más complejas de todos los productos manufacturados, ya que 
consiste en docenas de pasos de procesamiento individuales (capítulo 34). Los chips se 
producen frecuentemente en cantidades de millones de unidades bajo condiciones de 
“cuarto limpio” como se sugiere en la lámina 3. 
 
 Las pastillas de circuitos integrados se empacan en cápsulas que se insertan en 
las tarjetas de circuitos impresos (PCB, siglas que corresponden a printed circuit board). 
Una tarjeta puede contener cientos de pastillas individuales y el ensamble electrónico 
completo puede consistir de muchas tarjetas. Estas tarjetas a su vez tienen que ser 
manufacturadas, lo cual implica la fabricación de circuitos particulares que cumplan con la 
aplicación especificada por el ingeniero de diseño. La lámina 4 muestra una operación de 
ensamble de tarjetas de circuito impreso. 
 
 Muchos de los componentes de aviones y de la mayoría de otros productos 
diseñados se fabrican con metal. Los metales son los materiales de ingeniería más 
importantes, y el acero es la aleación más importante. Una de las escenas más 
espectaculares en la fabricación de acero (sección 7.2.2) es el cargado de un horno 
básico de oxígeno (BOF, por basic oxygen furnace) que se muestra en la lámina 5. El 
hierro fundido proveniente de un alto horno se vierte en el BOF, donde se calienta unos 
20 minutos para quemar las impurezas y hacer el acero con una composición química 
especificada. Las temperaturas en el horno básico de oxígenoson del orden de los 3000 
F (1650 C). 
 
 Los aceros y otros metales se forman mediante varios procesos diferentes de 
manufactura. Uno de los más ampliamente usados es el maquinado, en el cual se 
remueve el material de una pieza de trabajo inicial para crear la forma deseada de la parte 
por fabricar. Un importante proceso de manufactura es el torneado (sección 25.1) que se 
ilustra en la lámina 6. En nuestra figura, la herramienta de corte (capítulo 24) es el objeto 
de color dorado KC990 (marca comercial) que aparece retirando el metal en forma de 
viruta de una pieza de acero. La lámina 7 muestra una fotomicrografía de la sección 
transversal de una herramienta de corte KC990. El sustrato está hecho de carburo 
cementado (sección 11.2.1) sobre el cual se han depositado una serie de recubrimientos 
muy delgados de óxido de aluminio (de color negro ) y nitruro de titanio (color dorado). 
UBB / DIMEC Materiales 
La capa gris más gruesa entre el sustrato y la serie de capas delgadas es un nitruro de 
carbón y titanio. Los revestimientos proporcionan la resistencia necesaria al calor y al 
desgaste para que la herramienta resista las más duras condiciones de operación. Los 
revestimientos se aplican mediante deposición física de vapor (sección 33.3) y deposición 
química de vapor (sección 33.4). 
 
 En las fábricas modernas, las operaciones de manufactura se realizan en 
máquinas herramienta altamente automatizadas, como la que se muestra en la lámina 8. 
Este es un centro de maquinado (sección 25.4) que cuenta con un carrusel cambiador de 
herramientas y piezas. El trabajador a la derecha carga una pieza de trabajo grande, 
mientras otra pieza se está fabricando. El carrusel puede cargar hasta seis diferentes 
tipos de partes y la máquina los coloca automáticamente en posición de manufactura, 
esto permite una operación ininterrumpida por largo tiempo. Máquinas como ésta operan 
bajo control numérico computarizado (sección 37.1). 
 
 El maquinado es un proceso convencional de remoción de material que data de 
la Revolución Industrial (véase nota histórica 1.2). Otros procesos de remoción de 
materiales se basan en tecnologías modernas como el rayo láser (sección 27.3:3). La 
lámina 9 muestra un proceso de corte por rayo láser usado para cortar una plantilla en 
una hoja de metal. La trayectoria de corte es controlada también mediante control 
numérico computarizado. 
 
 El soldado es una familia importante de procesos de manufactura que se usan 
para ensamblar múltiples componentes en una sola pieza. En las láminas 10 y 11 se 
muestran dos operaciones de soldadura que ilustran algunas de las amplias diferencias 
entre estos procesos. La soldadura continua con arco eléctrico (lámina 10) se realiza con 
frecuencia manualmente. Cuando existen condiciones incómodas o potencialmente 
inseguras se requiere considerable concentración y destreza por parte del operador. 
Operaciones como ésta se usan en producción en cantidades medias o bajas, así como 
en la construcción. La lámina 11 muestra una célula robótica de soldadura por puntos en 
una planta de alta producción automatizada para ensamblaje de automóviles. Las chispas 
vuelan mientras se sueldan las panes interiores y exteriores de una puerta. 
 
 La línea de ensamble es símbolo de producción en masa, ambas han sido 
celebradas por su eficiencia e injuriadas por la subyugación del trabajo humano. Una 
planta ensambladora final de automóviles es la que se ilustra en la lámina 14. 
UBB / DIMEC Materiales