El objetivo de la ingeniería es realizar diseños o buscar soluciones tecnológicas a las necesidades sociales, industriales o económicas de la manera más eficiente posible.

Una de las formas de hacer real este objetivo es la fabricación, que consiste en producir algo útil al menor coste posible.

Los objetos que nos rodean son consecuencia de la transformación de un material de partida (materia prima) en un producto final con unas determinadas propiedades.

Existe una gran variedad de procesos de fabricación, según la materia prima y el resultado que queremos obtener.

Generalmente en los procesos de fabricación intervienen máquinas, herramientas, energía y trabajo manual.

Además, en todo proceso de fabricación se producen también una serie de desechos. Lo ideal sería conseguir un producto sin que se genere ningún tipo de desechos.

Gracias a la fabricación, se crea riqueza y se mejora la calidad de vida de las personas.

A lo largo de la historia, las culturas que han tenido más éxito son las que han sabido modificar los elementos de su entorno para usarlos a favor y fabricar con ellos objetos útiles.

Planta de fabricación

Una planta de fabricación es un lugar preparado para hacer funcionar una serie de procesos orientados a transformar una cierta clase limitada de materiales en productos con valor añadido.

Podemos tener plantas con mayor o menor capacidad de fabricar distintos tipos de productos. Cuanto más compleja sea la planta, mayor será la variedad de diseños que podemos hacer realidad en ella.

Aunque lo más común es que una planta de fabricación esté enfocada en un conjunto concreto de materiales y, dado que los procesos de fabricación están estrechamente relacionados con los materiales que se ponen en juego, las plantas de fabricación suelen estar especializadas en un conjunto cerrado de procesos.

Clasificación de los procesos de fabricación

Una clasificación muy común de los procesos industriales de fabricación es según el tipo de operación que se lleva a cabo.

  • Operaciones de conformado
  • Operaciones de mejora de propiedades
  • Operaciones de unión, montaje o ensamblado

Vamos a detallar qué es cada una.

Operaciones de conformado

Consisten en cambiar la forma del material para acercarlo a la forma del producto que queremos obtener.

Dentro de este grupo, encontramos numerosas operaciones, según el tipo de material y la manera en la que realizamos el cambio de forma del mismo.

  • Plegado: doblar una lámina o barra de material.
  • Corte: cortar el material.
  • Embutido: deformar una lámina de material (generalmente metálica) presionando contra ella un molde.
  • Laminado: crear una lámina haciendo pasar el material entre dos rodillos
  • Forjado: aplicar fuerza de compresión entre dos moldes para que el material adopte una forma concreta.
  • Extrusión: empujar el material a través de un orificio con la forma deseada.
  • Fundición: fundir hierro y meterlo en un molde para que al solidificarse tenga la forma del molde.
  • Moldeo: es igual que la fundición pero referida a plásticos o vidrio.

En general, las operaciones de conformado se ejecutan sobre piezas que luego serán una parte del producto final.

Operaciones de mejora de propiedades

Este tipo de procesado de materiales se realiza para mejorar las propiedades físicas o mecánicas del material de trabajo.

Estos procesos no alteran la forma de la pieza.

Los procesos más importantes de mejora de propiedades comprenden tratamientos térmicos que incluyen diversos procesos de recocido, endurecimiento y mejora de la resistencia mecánica para metales y vidrio.

Procesado de superficies

Las operaciones de procesado de superficie comprenden:

Limpieza: procesos mecánicos y químicos para quitar la suciedad, óxidos, grasa y otros contaminantes de la superficie.

Tratamientos superficiales: Tratamientos mecánicos como el chorro de perdigones (“shot-penning”) y chorro de arena, así como procesos físicos como la difusión y la implantación iónica.

Procesos de recubrimiento y deposición de películas delgadas: aplican un revestimiento de un material distinto a la superficie exterior de la pieza de trabajo.

Los procesos comunes de revestimiento incluyen el electrodepositado, el anodizado del aluminio, los recubrimientos orgánicos (conocidos como pinturas) y el esmaltado de porcelana.

Los procesos de deposición de películas delgadas incluyen la deposición química y física en fase vapor (CVD y PVD) para formar revestimientos sumamente delgados de sustancias diversas.

Operaciones de unión, montaje o ensamblado

Consisten en unir dos o más piezas para conseguir una nueva entidad cuyos componentes queden unidos, ya sea de forma permanente o semipermanente.

Los procesos de unión permanente comprenden: la soldadura eléctrica, la soldadura fuerte, la soldadura blanda y el pegado con adhesivos.

Los métodos de unión mecánica comprenden: el uso de tornillos, pernos, tuercas y demás

dispositivos roscados. Son métodos tradicionales importantes dentro de esta categoría (uniones desmontables).

También, el remachado, los ajustes a presión y los acoplamientos de expansión son otras técnicas de unión mecánica que forman uniones permanentes.

Algunos ejemplos son:

  • Soldadura: añadir un material fundido entre dos o más piezas que al solidificarse hace que estas se mantengan unidas.
  • Pegado: agregar un material entre dos o más piezas que hace que estas se mantengan unidas entre ellas.
  • Sujetadores roscados: es el ensamble mecánico más importante, y consiste en una serie de roscas internas y externas que mantienen las distintas piezas unidas.
  • Remaches: unión permanente entre piezas que consiste en un segmento generalmente metálico que atraviesa las piezas e impide su separación con un tope a cada lado.

Tipo de flujo

Otra clasificación que se usa mucho a la hora de catalogar procesos es el tipo de flujo que sigue la materia prima.

Flujo directo: la masa al terminar el proceso permanece igual que al principio. No se añade ni retira material, solo se cambian sus propiedades o geometría.

Flujo divergente: la masa al finalizar el proceso es menor que la inicial. Se ha separado el material en distintas partes, por ejemplo cortándolo.

Flujo convergente: la masa final es mayor que la inicial. Por ejemplo al pegar distintas piezas.

Máquinas y herramientas

Para llevar a cabo los distintos procesos industriales hacen falta máquinas y herramientas, que son elementos que ayudan al ser humano a realizar tareas repetitivas, pesadas, arriesgadas o que requieran de una precisión y fuerza que un ser humano no puede conseguir.

El equipo de producción puede ser de aplicación general o de uso especial.

Equipos de aplicación general: son más flexibles y adaptables a una diversidad de tareas; se encuentran en el comercio al alcance de cualquier empresa manufacturera que quiera invertir en ellos.

Equipos de uso especial: se diseñan para producir piezas o artículos específicos en grandes cantidades. 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 aplicación especial.

La diferencia entre máquina y herramienta básicamente consiste en su complejidad. Las máquinas suelen ser elementos más complejos que las herramientas.

Ejemplos de máquinas

  • Taladro: sirve para hacer agujeros en el material.
  • Torno: sirve para retirar material de una pieza que se encuentra girando, de forma que adopte una forma deseada.
  • Prensa: sirve para aportar una gran fuerza de manera controlada, por ejemplo para aplastar una pieza.

Ejemplos de herramientas

  • Molde de fundición: es el contenedor que proporciona la forma de la pieza que se va a obtener en un proceso de fundición.
  • Matriz de forja: es el contenedor que proporciona la forma de la pieza que se va a obtener en un proceso de forja.
  • Muelas abrasivas: son elementos con superficie granulosa que se hacen girar sobre una pieza para retirar material de forma controlada.
  • Broca: barra metálica con surcos que se usa para realizar agujeros en un material.

En muchas ocasiones, la herramienta es una parte de la máquina que podemos cambiar para alterar en cierto grado la función de la máquina. Así, por ejemplo, en un taladro (máquina) podemos usar distintas brocas (herramienta) para conseguir agujeros de distinto tamaño. Se mantiene la función principal (hacer agujeros) pero cambiando el resultado obtenido.