Sistemes de Fabricació Industrial: Tècniques i Processos

1. Els sistemes de fabricació són el conjunt de tècniques destinades a transformar els materials mitjançant processos industrials. La indústria metal·lúrgica s'encarrega de les tècniques, els procediments i les operacions per transformar metalls.

Conformació amb motlle

La peça està determinada per un motlle. Una de les tècniques és la conformació per fosa, on un metall fos és col·locat en un motlle amb una forma específica i després solidificat. Tipus:

• De sorra: Motlle de sorra compactada per a peces complexes o sèries petites.
• Permanent: Motlle metàl·lic reutilitzable, per a produccions en massa i peces simples o complexes.
• A pressió: Injecció de metall sota alta pressió per a peces petites i detalls precisos.
• Per centrifugació: Metal·lització en un motlle giratori per a peces cilíndriques.
• A la cera perduda: Es crea un model de cera que després es recobreix amb ceràmica i, en fondre's, deixa el motlle definitiu per a peces complexes i úniques.

Conformació per deformació plàstica

Varia la forma d'una peça per pressió externa i temperatura adequada sense arribar al punt d'acritud (límit elàstic). Tipus:

• El laminatge: Passar metall entre cilindres per formar planxes, tubs, etc. Les samarres, llúpies, totxos: Diferents formes i aplicacions del metall laminat.
• El trefilatge: Estirar el fil del metall per reduir-ne el diàmetre.
• La forja: Deformació per compressió amb martells o premses.
  • Per estampació: Comprimir un material entre dues matrius, que poden estar en fred o en calent, i també poden embotir i encunyar.
  • Amb martinet: Mitjançant un martell que cau sobre la peça, la força de l'impacte deforma el material, donant-li la forma desitjada.
  • Amb premsa: Una premsa hidràulica comprimeix una peça metàl·lica calenta entre dues matrius, donant-li forma. És ràpid, precís i productiu.
  • Per recalcament: Consisteix a aixafar l'extrem d'una barra perquè augmenti la secció, utilitzant matrius dividides. Ex: caps de vàlvules per a motors.
• L'embotició: Consisteix a transformar una xapa plana d'un metall laminat en un cos prismàtic.
  • Directa: La meitat inferior de la xapa es posa en un motlle on es converteix en un cos prismàtic i no té canvis significatius en l'espessor del material.
  • Per estirament: La xapa embotida es col·loca progressivament en un motlle de diàmetre lleugerament inferior.
  • Negativa: El material es conforma en una forma en què la profunditat de la peça és inferior a l'original, creant un buit o cavitat, al contrari de l'anterior.
• L'encunyació (variant de l'embotició): Una matriu s'aplica sobre la xapa per pressionar-la en una direcció específica, creant una forma desitjada.

El cisallament: Consisteix a tallar una peça metàl·lica dividint-la en dues parts. Hi ha diferents models de màquines de cisallar:

• Les cisalles de guillotina: Tallen el metall amb una làmina mòbil que exerceix una pressió vertical per separar el material.

El plegatge: Consisteix a deformar peces (planxes, tubs, etc.) per donar-los una curvatura o un plegament. Màquines plegadores: A diferència de la cisalladora, no porta ganivets, i això fa que el material es doblegui.

Conformació amb arrencada de ferritja

Arrencada de metall per tallar peces amb acabat superficial, condicions determinades pel fabricant.

• Les serres: Consisteixen a tallar la longitud suficient per mecanitzar la peça.
• De cinta i circulars: Màquines de tall amb cinta dentada o discs.
• El trepant: Màquina per fer forats aprofitant el moviment de rotació i avanç de la broca i peça fixa. Broca (el cos, la punta i espiga (portabroques)).
• El torn: Màquina per tallar materials amb una làmina rotativa.
  • Escairament, Cilindratge, Tornejament, Roscament, Segat, Foradament, Desbast.
• La fresadora universal: Màquina per treballar en superfícies planes, convexes i còncaves.
  • Ranurar, Escairar, Planejar, Engrandir, Fer caixes, Aixamfranar, Foradar.

Conformació per arrencada de partícules

S'utilitzen dues màquines:

• La rectificadora: S'usa per fer acabats superficials molt precisos. La seva eina de tall rep el nom de mola i està formada per minúscules partícules tallants. Hi ha dos tipus:
  • De superfícies cilíndriques o còniques: Les peces que es rectifiquen provenen del torn.
  • De superfícies planes: Els canvis més significatius són l'orientació de la mola i com descansa la peça sobre un plat metàl·lic.
• Màquines d'electroerosió: L'electroerosió, també coneguda com a EDM, implica la reproducció de la forma d'un elèctrode en una peça mitjançant un arc elèctric que elimina partícules de la peça. S'utilitza per fer motlles o matrius. Hi ha dues variants principals:
  • Electroerosió amb elèctrode: Es col·loca un elèctrode a prop de la peça i es genera un arc elèctric que erosiona la peça, creant la mateixa forma que l'elèctrode. Aquest procés s'utilitza per a la fabricació de peces amb formes específiques. També s'utilitza per foradar forats petits i llargs en la peça.
  • Electroerosió amb fil: Un fil conductor d'electricitat talla la peça metàl·lica. Aquest fil està proper a la peça i es generen descàrregues elèctriques per tallar-la progressivament.
  • Tall per doll d'aigua i tall per làser: Utilització de feixos d'aigua a pressió o làser per tallar materials.

El CNC (Computer Numerical Control)

És un sistema de control automàtic que, basant-se en coordenades numèriques, s'utilitza en màquines i processos industrials per a la fabricació de peces. Elements CNC:

• Els elements de transmissió han de ser lleugers i no poden tenir joc.
• A causa de l'increment de les velocitats de tall, s'han dissenyat estructures noves que la fan més ràpida.
• Poden canviar les eines de tall de manera automàtica.

Els avantatges del CNC inclouen: augment de la precisió i productivitat pel que fa a l'estalvi de temps respecte a la feina manual.

La soldadura

Consisteix en la unió o fusió de peces mitjançant l'ús de calor i/o compressió, que fa que les peces es converteixin en un continu. Hem de protegir la soldadura del nitrogen i l'oxigen.

• La soldadura tova: És un tipus de soldadura que utilitza un material d'aportació (com ara una aleació de plom i estany) amb un punt de fusió inferior al dels metalls base. Aquesta tècnica és comuna en la unió de peces de metall de baixa temperatura de fusió, com coure o alumini.
• La soldadura per fusió de gas: Implica l'ús d'una flama de gas per fondre els materials base i, en alguns casos, un material d'aportació, per unir les peces.
• La soldadura forta, o soldadura groga: És un procés similar a la soldadura tova, però utilitza materials d'aportació amb punts de fusió més alts, com ara coure o ferro. Aquest tipus de soldadura és adequat per a peces de metall de més gruix i resistència.

La soldadura elèctrica per arc

Utilitza un arc elèctric. Mitjançant un elèctrode metàl·lic s'uneixen les peces a partir de fondre el metall, creant una connexió. Hi ha diverses variants d'aquest tipus de soldadura:

• La soldadura per arc manual: L'operari guia l'elèctrode per aconseguir la connexió desitjada. L'equip de soldadura és: l'elèctrode, la pinça, el regulador d'intensitat, el cable, el cable de massa, el transformador i l'interruptor.
• La soldadura TIG (Tungsten Inert Gas): Utilitza un elèctrode de tungstè amb gas inert per protegir la zona de soldadura de la contaminació.
• La soldadura MIG (Metal Inert Gas): Utilitza un fil continu d'aportació i gas inert per protegir la zona de soldadura. Avantatges: Tècnica senzilla de soldar i millor qualitat de soldadura.
• La soldadura de pressió: Implica l'ús de força mecànica per unir les peces, sense aplicar calor. Exemples inclouen la soldadura per resistència, com la soldadura per punts, on dos elèctrodes s'apliquen a les peces i passa corrent a través d'elles per crear calor i fondre les superfícies de contacte.

La indústria química

Aquestes empreses treballen en l'extracció i el processament de les matèries primeres per a transformar-les en productes químics. Operacions bàsiques:

• Preparació de substàncies reactives: Per tenir una bona reacció cal que les substàncies estiguin molt juntes perquè la velocitat de difusió sigui ràpida. S'utilitza:
  • Desintegració de substàncies sòlides mitjançant el trossejament, trituració i mòlta (es molen les peces fins a formar gairebé una pols de residus).
  • Per dur a terme la mescla de substàncies s'elabora un procés anomenat agregació que consisteix a unir homogèniament aquestes substàncies.
• Separació de substàncies: Es poden separar mitjançant:
  • Sistemes tèrmics: Vaporització, Destil·lació (ebullició de la mescla per obtenir el vapor dels components més volàtils), Cristal·lització (formar cristalls sòlids a partir d'una solució o una fusió), Absorció (una substància es dissol en un altre material), Adsorció (una substància s'adhereix a un altre material).
  • Sistemes mecànics: Decantació (separar per densitat), Filtració i Centrifugació.
• La reacció de substàncies: És un procés químic on els reactius creen productes. Els reactors que funcionen per càrregues processen materials en lots (quantitat específica de material o substància que es processa). Els reactors en procés continu operen sense interrupció. Els reactors en procés semicontinu combinen aspectes de lots i continus.

La indústria tèxtil

És l'encarregada de fabricar fils, teixits de tota mena i roba de vestir.

Matèries primeres

• Fibres (substàncies sòlides i flexibles de forma prima i llargària limitada / cotó, llana, fibra de vidre, sintètiques).
• Filaments (fibres de llargària il·limitada).

La filatura: És el procés industrial que permet tenir fil. El fil és el resultat de la unió de milers de fibres sotmeses a torsió. Els diferents processos són:

1. Obertura: Separació, desenredament i neteja de fibres tèxtils manualment o mitjançant maquinària especialitzada.
2. Cordatge: Combinació de fibres obertes per formar cordes o cordills per uniformitzar el material.
3. Preparació: Estirament, tall i aplicació de substàncies als cordills per a la filatura.
4. Filatura: Transformació dels cordills en fil continu mitjançant torsió amb diverses tècniques.
5. Bobinatge: Enrotllament del fil resultant en carretes per a l'emmagatzematge i ús posterior.
6. Tissatge: Lligat de fils per formar teixit pla o de punt.

Operacions prèvies a la fabricació

1. L'ordit: Consisteix a reunir una sèrie de fils ordenats, plegats i paral·lels damunt del plegador. Consta d'una fileta i un capçal plegador.
2. L'encolatge: El fil és impregnat amb cola perquè sigui més resistent i no es trenqui.
3. Passat i nuada: Fer passar el fil per diferents dispositius del teler i lligar-los.

El teixit

Consisteix en una làmina de fils entrellaçats a partir dels fils que provenen del plegador amb un fil que es situa transversalment anomenat trama.

El plegador de l'ordit permet el funcionament de l'ordit fent girar el plegador, comportant que els fils no es sobretensint o s'afluixin. La pua (làmines fines que estan molt a prop).

Els lliços són unes varetes per on passen els fils.

El repàs

Tots els trossos que surten del teler passen per un control de qualitat on la roba es desenrotlla un altre cop i passa per aquesta màquina.

Els residus industrials

Substàncies (sòlides, líquides o gasoses) que provenen del procés de transformació, fabricació, manteniment, consum, reparació o neteja i que han estat abandonades pel fet que no són útils. Exemples:

CO2, Sulfurs // Efecte hivernacle, perjudicial per a la salut. // Canvi climàtic, pulmons, cor,...

La depuradora

O planta de tractament d'aigües residuals, és fonamental per al sanejament ambiental, ja que neteja les aigües utilitzades en diverses activitats abans de retornar-les al medi ambient o reutilitzar-les. Parts:

• Col·lectors: Canalitzacions que recullen les aigües residuals de les xarxes de clavegueram i les dirigeixen cap a la planta de tractament.
• Pou de gruixuts: Elimina residus grans com pedres, grava i sorra que podrien danyar els equips de la planta.
• Reixes: Retenen residus grans que no es van eliminar al pou de gruixuts, com tovallons i plàstics, per prevenir obstruccions o danys.
• Dessorradors: Eliminen sòlids sedimentables gruixuts, utilitzant la decantació o sistemes de raspall per a la seva extracció.
• Decantadors: Basses on els sòlids més densos sedimenten al fons, mentre l'aigua clarificada es recull a la part superior.
• Tractament de fangs: Etapa crítica on els fangs i la matèria orgànica exclosa de l'aigua residual es gestionen mitjançant compostatge, incineració o altres mètodes.