Al llarg de la història de la humanitat, ha estat necessari l'ús d'utensilis i estris per tal de facilitar-nos la vida. A mesura que ha anat creixent la complexitat de la nostra societat, han estat necessaris diferents sistemes d'organització des de l'artesanal, fins al model industrial.

Els sistemes de fabricació són el conjunt de tècniques i operacions destinades a la transformació de materials mitjançant processos tecnològics. Aquests processos tecnològics els classifiquem en diferents processos de conformació, que són un conjunt d'operacions realitzades dins d'un sistema de fabricació, destinades a canviar la forma dels materials per obtenir els objectes desitjats.

En la taula següent hi han els diferents processos de conformació, classificats en funció del material i del tractament que hi realitzem:

Processos de conformació	Conformació de plàstic	Extrusió (normal o amb bufat)
		Injecció
		Buit
	Conformació dels metalls	Fosa (metall en estat líquid)	Amb caixes de sorra
			Injectada
		Deformació plàstica (en fred)	Laminació
			Forja
			Embotició
		Arrencament de ferritja (s'utilitzen màquines eina)	Tall amb serra
			Trepatge
			Tornejat
			Fresatge

Comencem per explicar la conformació dels plàstics.

Mira al teu voltant i busca els objectes que estan construits amb plàstic: la carcassa de la pantalla de l'ordinador, el teclat, el ratolí que tens sota la ma, bolis, altaveus, la carcassa de la calculadora etc. Per què hi han tantes peces de plàstic que ens envolten? La resposta és clara: disponibilitat, preu i facilitat de conformació. El plàstic, com a derivat del petroli (el nostre sistema econòmic depèn del petroli) en tenim en grans quantitats, i el procés d'obtenció és relativament senzill (en les indústries químiques). Si hi afegim que és fàcil de transformar-lo, tenim ... un munt d'objectes fets amb plàstic.

De plàstics n'hi han de moltes classes, però es classifiquen en tres grans grups: termoplàsitcs, termoenduribles i elastòmers. Parlarem dels primers, els termoplàstics, que tenen la propietat de poder-se conformar (prendre la forma que volguem) variant la seva temperatura (sense arribar a la seva combustió) i recuperen les seves propietats físiques i mecàniques en refredar-se. Aquest fet és la raó principal de la seva massiva utilització.La comercialització dels termoplàstics és en forma de granulat.

Sistemes de conformació de plàstics: l'extrusió. Per a l'extrusió dels plàstics, ens cal una màquina extrusora. Els principals elements d'una extrusora són: Tremuja, vis sense fi, escalfadors, filera i sistema de refrigeració.

El principi de funcionament és el següent: col·loquem la grana a l'interior de la tremuja, gràcies al moviment circular del vis sense fi, va avançant per l'interior de la màquina, i els escalfadors van fonent el material plàstic deixant-lo en estat pastós. En aquest estat, passa per una filera metàlica que li dóna forma. Posteriorment, passarà per un sistema de refrigeració que dóna consistència al plàstic.

Amb aquest sistema es pot fer la protecció del cable elèctric, tubs, i totes aquelles peces que tenen una secció constant i són llargues.El sistema pot ser una mica més complex, si incorpora un motlle i un injector d'aire, que ens permetra de fer l'extrusió i bufat. Amb aquest sistema, es pot fer grans recipients buits com les ampolles de plàstic o garrafes.

La injecció de plàstics, es realitza ambuna màquina injectora, que mitjançant un pistó, injecta el plàstic en estat pastós a l'interior d'un motlle, es deixa refredar i posteriorment s'obre el motlle, obtenint la peça desitjada. Peces de grans dimensions i obertures, són realitzades per aquest procés, per exemple una galleda, etc.

L'emotllament per buit, és un procés de conformació, que junt amb el plegat, podeu observar en els IES, doncs tots disposen d'una màquina de plegat i de conformació per buit.

Exercicis

Creus què són necessaris els sistemes de fabricació? Descriu els processos de conformació que has realitzat al taller.
Cerca informació sobre els plàstics termoplàstics, els termoenduribles i els elstòmers. En que es diferencien?
Digues tres objectes que estiguin conformats per: extrusió, extrusió i bufat, per injecció, per emotllament per buit i per plegat.
En un cercador d'internet, busca imatges de: una injectora de plàstics, una extrussora, un motlle per fer plàtics.

amunt

Conformació dels metalls per fosa, per deformació plàstica i per arrencament de ferritja

Fosa El metalls, igual que els plàstics, també es poden conformar per fosa, però aquest fet requereix d'un sistema més complex, doncs en el cas dels plàstics, la temperatura per fondre podia arribar als 200ºC, temperatura que un motlle metàlic suporta sense cap problema. Però, amb els metalls, com hem de fer el motlle? Per a petites quantitats de peces, o de formes molt complexes, s'utilitzen motlles de sorra, per a grans sèries, s'utilitzen motlles d'aleacions especials (per l'alumini que fon a 690ºC s'utilitzen motlles d'acer).

El procés de realització de peces per emotllament en caixes de sorra és lent i complex, i el seu punt de partida és la creació d'un model de la peça que volem realitzar en un altre material diferent al que volem construir la peça (s'utilitzen plàstics per la seva facilitat de transformació. Acte seguit, es partiex la peça per la meitat, de manera que tenim dos semimodels. Aquests, els podrem ubicar a la superfície d'una caixa de sorra (en dues meitats), i també practicarem unes ranures especials i orificis, que amb la caixa tancada, ens permetran d'introduir-hi el metall fos a grans temperatures. El procés finalitzarà quan, un cop refredada la peça, trencarem el motlle de sorra i n'extreurem la peça, tot tallant i polint el material sobrant, però necessari per a la seva fabricació.

Els metalls, també poden ser injectats mitjançant un motlle hidràulic i un pistó que introduirà el metall fos a dins del motlle. En aquest cas serà necessari de tenir una injectora per a metalls.

Deformació plàstica El procés de deformació plàstica, consisteix en donar forma a un metall sense arribar al seu punt de fusió, mitjançant l'aplicació de grans forces que provoquen el moviment intramolecular dels seus àtoms de manera permanent. De fet, els materials tenen dos comportaments coneguts davant dels esforços als que es sotmeten: un comportament és l'elàstic i l'altre el plàstic. En el primer, l'esforç deforma el material (en totes les forces, hi ha deformació del material, més o menys apreciable), però en cedir l'esforç, l'objecte recupera la seva posició original. La deformació plàstica, en canvi, és una deformació que té efectes permanents en els objectes: en cedir la força, l'objecte es queda deformat de manera permanent.

El porcessos industrials de deformació plàstica més importants són el plegat, l'embotició i el laminat. El plegat consisteix en aplicar una força a un objecte de manera que es formi un angle entre les dues bandes on hem aplicat l'esforç. En el plegat intervenen varis factors, tals com el gruix del material o planxa, la força aplicada, el radi o curvatura de l'eina que proporciona la força. També cal tenir en compte el radi crític, que és aquell radi màxim que podem aplicar sense que es trenqui o s'esquerdi el material.

L'embotició consisteix en provocar la deformació plàstica a una planxa per tal que adquireixi una forma determinada, generalment de recipient (unes flameres per exemple). Això s'aconsegueix mitjançant una prensa que pot produir forces de vàries Tn, i d'un motlle i un contramotlle. Entre els dos motlles es col·loca la planxa a embotir, i la prensa amb una part del motlle va presionant la planxa que va adquirint la forma que tenen els dos motlles. Un cop realitzada la força, retirem la peça realitzada.

La laminació consisteix en la producció de peces de metall (perfils laminats en forma de T, U etc. o planxes) a partir d'uns lingots que van passant per uns trens de laminat (uns cilindres) que gradualment van deformant aquests lingots fins a donar-los la forma desitjada.

Arrancament de ferritja L'arrancament de ferritja es produeix quan a partir del metall originari, n'extreiem part d'ell per arrencament. Per a que això sigui possible ens caldrà una eina, i velocitat. Les màquines que transformen els metalls i altre materials per arrencament de ferritja s'anomenen màquiens eina, i les més importants són el trepant, el torn, la fresadora i les serres.

El trepant consisteix en una bancada o xasis que subjecta els elements de la màquina. Principalment, aquesta consta de motor, caixa de canvis, taula de treball, portabroques i manetes de desplaçament i ajust. La seva finalitat és realitzar forats. En funció de la seva complexitat, poden portar selectors de velocitat per controlar l'avanç de la broca i la velocitat de gir (necessari per construir rosques).
L'element que té velocitat és l'eina, la broca, i pot ser de diàmetres variats i materials, en funció del material que s'ha de mecanitzar. En general, si la broca és gran, s'utilitzen velocitats de rotació petites, a l'inversa si la broca és petita. En realitzar forats en metalls, és important de refrigerar la broca mitjançant una mena d'oli o taladrina (algunes màquines disposen de subministrador de taladrina, si no es pot realitzar amb un pinzell).

El torn és una màquina eina que ens permet de realitzar peces de revolució. Aquest tipus de peces són aquelles que tenen un eix de simetria al llarg de la peça, i que per la revolució del perfil de la peça en un dels seus quadrants, podem generar la peça completament (un peó d'escacs, per exemple).
En aquest tipus de màquines, l'element que té la velocitat de moviment és la peça, mentre que l'eina passa lentament al voltant de la peça perfilant-ne la seva forma final. Les parts principals del torn són: motor elèctric, caixa de canvi, capçal de rotació portapeces, bancada, carro transversal, carro longitudinal, contrapunt, torreta portaeines, volants de control d'avanç, caixa automàtica d'avanços (per fer les rosques). Els torns han evolucionat molt al llarg de la història, i n'hi ha de molts tipus: de revolver, pneumàtics, oleohidraulics, de CNC (control numèric). Els torns tansols poden treballar en dues dimensions, x i y.

La fresadora ens permet de realitzar peces de qualsevol tipus de forma ampliant els eixos de treball en més de dos, i en funció de les possibilitats de cada fresadora, pot realitzar més o menys opcions de treball. Les fresadores estan constituides, bàsicament per: bancada, taula de treball, capçal portaeines, volants de control, caixes de canvis i control d'avanços i elements auxiliars.
En aquestes eines, el que es mou a gran velocitat és l'eina, que sol ser una fresa, mentre que la peça, es troba fixada a la taula que es desplaça lentament. Els elements auxiliars són aquells que permeten fixar les peces sobre la taula, o bé realitzar operacions especials.

Les serres és l'última màquina eina de la que parlarem, i s'agrupen en tres classes: les de disc, les de cinta i les de vaivé. L'element comú en les dues primeres, és que la serra gira a gran velocitat, mentre que la peça a mecanitzar es troba quieta subjectada per unes mordaces (en la de disc) o be és desplaça contra la cinta. En les serres de cinta, la serra és un element pla en forma de corretja amb dents, que es posa entre dos volants de la màquina, que permeten tensar-la. Un dels dos volants va accionat per un motor elèctric que en provoca el gir, fent que la cinta adquireixi gran velocitat. En desplaçar el metall a través d'aquesta cinta, aquest es talla (en les fusteries i carnisseries també hi han serres de cinta). En el cas de la serra circular, es tracta d'un disc que té unes dents esmolades, que es subjecta a la màquina que mitjançant un motor elèctric farà girar a gran velocitat. La peça es subjecta entre dues mordaces i es fa baixar el disc que tallarà el metall. En el cas de les serres de vaivé, la serra es desplaça en sentit alternatiu, com si la féssim anar manualment. Va tallant les peces a poc a poc, doncs sols talla en el sentit d'avanç.

Exercicis

Fes un esquema de cada part del procés de construcció de peces metàliques per emotllament en caixa de sorra.
Descriu els processos de plegat, laminació i embotició.
Cerca imatges d'un trepant de sobretaula tot indicant-ne les parts característiques.
Cerca imatges d'un torn tot identificant-ne les parts característiques.
Cerca imatges d'una fresadora i indica-hi les part principals.
Cerca imatges dels tres tipus de serres que s'han descrit anteriorment, tot indicant les parts característiques.

amunt

La soldadura i els tractaments superficials o acabats

La soldadura és quell procés d'unió de peces mitjançant la fusió d'un material d'aportació. Es classifca en dos tipus: la soldadura tova i la dura.

La soldadura tova és aquella que es realitza per sota dels 100ºC mitjançant aleacions d'estany-argent o estany-plom, i que es realitza al taller de tecnologia, o l'utilitzen els fontaners per realitzar les unions entre tuberies de coure. Els elements electrònics també s'uneixen amb aquest tipus de soldadura. Per facilitar la unió entre les peces es pot utilitzar un decapant que n'afavoreix la unió.

La soldadura dura, és aquella en la que es necessari fondre el material d'aportació per tal d'ajuntar les peces. N'hi han de varis tipus, en funció dels elements que intervenen. Tenim la soldadura elèctrica i la soldadura oxiacetilènica. En funció del material i zona on haguem de realitzar la soldadura, utilitzarem un tipus o un altre:

Soldadura	Oxiacetilènica	S'utilitza l'oxigen i l'acetilé, gasos que en combinar-se produeixen molta escalfor que s'aprofita per soldar. Calen dos recipients a pressió que contenen els gasos per separat, i els tubs i boquilla per fer la barreja dels gasos en proporcions adequades. L'oxigen i l'acetilé, també es poden utilitzar per tallar planxes d'acer amb gruixos de fins a 300mm, fet que es coneix com a oxitall. Cal complir les normes de seguretat adients (embasos a pressió amb gasos inflamables), i s'utilitza en llocs on es difícil tenir electricitat.
	Elèctrica (La calor es genera gràcies a un corrent elèctric d'alta intensitat en atansar un electrode a la massa). S'utilitza en els llocs on es disposa de corrent elèctric i en funció del que tinguem que soldar s'utilitza un tipus o un altre.	TIC	O tungsten inert gas, és un tipus de soldadura en el que l'electrode es una punta de tungste (material molt resistent a les altes temperatures) que s'utilitza per crear l'arc voltaic que fondrà el metall d'aportació. S'utilitza per soldar alumini i l'acer inoxidable. Cal aportar el material d'unió mitjançant una bareta, i durant el procés, per evitar l'oxidació, es submergeix la soldadura en un bany d'un gas noble (argó per exemple).
		MIG	O metal inert gas, en aquest cas, l'electrode és el mateix metall d'aportació, i amb una mena de pistola, es va fent circular en direcció a la soldadura, i a mesura que va sortint es va fonent. Aquest procés, també es troba sotmés a una corrent de gas noble.
		Per punts	En aquest tipus de soldadura, no hi ha material d'aportació. Consisteix en en una pinça que pessiga dos troços de planxa, exercint una certa pressió, i provocant una descàrrega elèctrica, que crea un arc voltaic en l'interior de les planxes fet que fon part d'aquestes dues i queden unides per aquests punts.
		Electrode	Com a electrode s'utilitza una vareta del metall d'aportació, recoberta d'un material protector o escòria, que en fondre, l'escòria queda per damunt la soldadura (menys densitat) protegint-la d'oxidacions. Amb un martell, es colpejarà aquesta per tal de fer-la fora.

Tractaments superficials o acabats Per tal de donar una protecció adicional, o millorar-ne l'aparença visual, cal realitzar un tractament final sobre la superfície dels cossos metàlics que hem realitzat. El metalls se sap que s'oxiden amb facilitat, i es per aquest motiu que sovint les peces metàliques es pinten. Pintar va molt bé, doncs donem l'aparença que volem, i al mateix temps, protegim contra l'oxidació, però el problema més important que tenim és el manteniment, ja que sovint haurem d'anar pintant. Hi han mètodes industrials per tal de recobrir els metalls amb d'altres, o bé per tal de canviar-ne les propietats físiques i mecàniques en la superfície. Aquests mètodes es coneixen amb el nom de tractaments superficials, i entre d'altres hi ha el cromat, el niquelat, la galvanització, l'estanyat, l'anoditzat. Alguns d'aquests s'aconsegueixen mitjançant procediments electrolítics.

Exercicis

Explica el procés de soldadura tova, indicant els passos necessaris, així com els perills i les mesures de seguretat que cal complir.
En quins cassos és bo d'utilitzar la soldadura oxiacetilènica?
Quines diferències hi ha entre el TIG i el MIG?
On creus que s'utilitza molt la soldadura per punts?
Descriu els components necessaris per realitzar una soldadura amb electrode, tot indicant-ne el procés.
Cerca informació sobre el cromat i l'anoditzat. En quins materials es sol aplicar?

amunt

La informàtica aplicada a la producció

Els grans avenços tècnics, sobretot en el món de l'electrònica i la informàtica, ha fet possible que aquestes dues tècniques avancin cada dia més en el mon de la producció. La seva eficiència i precisió, han fet possible augmentar la productivitat i la qualitat i homogeneitat dels productes, assolint-ne valors gairebé insòlits, així, en una fàbrica d'automòbils pot ser possible que es superi la fabricació de més de 3.000 automòbils per dia.

El disseny de peces complexes, en les que els operaris havien de realitzar multitud de processos per realitzar-les, l'estudi sobre el funcionament d'una peça que volem dissenyar, l'automatització de processos així com la seva dinamització, i la creació de màquines que siguin capaces de realitzar moviments humans (els robots), avui en dia, són una realitat.

L'enginyeria assistida per ordinador o CAE (Computer Aided Engineering), permet de realitzar una peça virtualment i veure els efecte que tindrà aplicada a la realitat, gràcies a potents ordinadors que en simularan les condicions reals de treball. La fabricació assistida per ordinador o CAM (Computer Aided Manufactoring), permet dissenyar els plànols de la peça, amb un programa de tipus CAD (Computer Aided Dessigne) o DAO (Disseny Assistit per Ordinador), i un programa informàtic, en transfereix les ordres a la màquina eina per tal que realitzi la peça dissenyada. Aquestes màquines solen ser torns i/o fresadores de control numèric CNC, i també hi han els centres de mecanitzat (com una fresadora amb la possibilitat de canviar automàticament fins a 30 eines diferents) que funcionen amb la tecnologia CAD/CAM.

La revolució definitiva en el món de l'automatització, ha estat la creació de màquines que realitzen les feines més repetitives, pesades i perilloses per a l'home, i que també requereixen de força precisió a l'hora de ser realitzades. Estem parlant de la robòtica. En l'actualitat, més del 95% de la soldadura en els automòbils, la realitzen els robots. Aquests tenen múltiples graus de llibertat, tots els possibles per una màquina de treball, sis. Realitzen tasques tan complexes com pot ser soldar (amb electrode o per punts), desplaçar peces pesades, subjectar objectes, etc. En el món de la producció, l'adaptació davant de qualsevol circumstància, és fonamental, i és per aquest motiu que les empreses han hagut d'imposar models com les cèl·lules de fabricació flexible, que permeten adaptar-se a qualsevol circumstància adversa en el procés productiu.

Exercicis

Quina diferència hi ha entre el CAD i el CAE
En quins cassos s'aplica la construcció de peces mitjançant el CNC?
La robòtica s'ha imposat en el món de l'automoció, per quins motius?
Què és una cèl·lula de fabricació flexible?
Quins creus que han estat els motius pels quals ha tingut tan d'èxit l'aplicació de la informàtica en la producció?

amunt