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Capítulo 1

Análisis de tiempos y costes en operaciones de mecanizado

1. Introducción

El estudio del análisis de tiempos y costes en operaciones de mecanizado por arranque de viruta resulta fundamental para la viabilidad económica de la empresa.

De hecho, una empresa de mecanizado, por muy experta en diseño de piezas o muy puntera en calidad de fabricación que sea, no duraría mucho en el mercado si sus tiempos de ejecución fuesen mucho mayores que los de la competencia o sus costes de mecanizado tan altos que no resultase económicamente rentable.

Uno de los principales objetivos de una actividad económica es conseguir que tras la comercialización del producto se obtenga un beneficio monetario. Por ello el contenido desarrollado en la presente unidad resulta fundamental, ya que se abordan técnicas para estimar los tiempos y costes de trabajo que están directamente vinculados con la optimización de recursos de fabricación, fiabilidad en los plazos de entrega, precisión a la hora de elaborar presupuestos, etc.

2. Análisis de tiempos en operaciones de mecanizado por arranque de viruta. Conceptos generales

Un adecuado análisis de los tiempos de fabricación resulta de vital importancia, tanto para garantizar la productividad dentro de la empresa como para alcanzar un buen nivel de competitividad en el sector del mercado donde se pretende comercializar.

Para conseguir estos objetivos, es imprescindible conocer una serie de conceptos generales dentro de la rama de trabajo a la que se dedica la empresa. En este caso, el mecanizado por arranque de viruta.

2.1. Operaciones de mecanizado por arranque de viruta

El mecanizado por arranque de viruta es un proceso por el cual a una pieza en bruto se le elimina el material sobrante de forma gradual mediante tallado hasta llegar a una forma previamente definida. La viruta es el material sobrante que se retira de la pieza en bruto.

La separación de la viruta se da por el movimiento relativo entre la pieza y el filo de la herramienta.

Mecanizado por arranque de viruta

Las principales máquinas de arranque de viruta son:

1 Torno: es una máquina herramienta muy extendida cuyo funcionamiento se basa en el giro de la pieza a mecanizar, sobre la cual una herramienta con filo cortante es empujada hasta conseguir la eliminación de la parte del material sobrante en forma de virutas. Se usa para mecanizar piezas con geometría de revolución.

2 Fresadora: es una máquina herramienta en la que, a diferencia del torno, el movimiento de rotación lo realiza la herramienta de corte denominada fresa y la pieza a mecanizar se mantiene inmóvil. Durante el fresado los filos de corte de la herramienta inciden sobre la pieza a mecanizar, lo que permite eliminar volumen de material y obtener diversas formas en la pieza finalmente conformada.Fresas de mecanizado

3 Taladradora: es un tipo de máquina que se emplea fundamentalmente para la realización de orificios. Estos agujeros se llevan a cabo por medio de la rotación de una herramienta de corte denominada broca que incide sobre la pieza a mecanizar, que se encuentra inmóvil.

4 Otras máquinas herramientas: además de las citadas anteriormente, también pertenecen al mecanizado por arranque de viruta máquinas como limadoras, mortajadoras, brochadoras, etc.

2.2. Tiempo

El tiempo es la magnitud física que permite medir la duración de las cosas sometidas a cambios y ordenar la secuencia de los sucesos.

Su unidad básica en el sistema internacional es el segundo, cuyo símbolo es “s”. Debido a que es una unidad pequeña, se suele medir en otras unidades mayores como el minuto (60 segundos) o la hora (60 minutos).

Para pasar de una unidad de tiempo a otra se usan las operaciones de conversión que aparecen en la siguiente tabla.

2.3. Tiempo de mecanizado

Se llama tiempo de mecanizado a la duración del proceso conformado por el arranque de viruta en el cual la herramienta está cortando y eliminando material de la pieza en bruto o ya semielaborada. También se le llama tiempo de maquinado.

En este tiempo se contabiliza únicamente el periodo durante el cual la geometría de la pieza está siendo modificada en la máquina herramienta: es un tiempo productivo que no tiene en cuenta otros, también necesarios, como el tiempo de montaje de la pieza en la máquina, los tiempos de mantenimiento de los equipos, los tiempos de cambio de herramientas, etc.

El tiempo de mecanizado se calcula dividiendo la longitud de la pieza o el desplazamiento de la herramienta entre la velocidad a la que se produce el arranque de viruta:

Donde:

t: tiempo de mecanizado. Se suele medir en minutos (min).

x: longitud de la pieza a la que se arranca la viruta. Se suele medir en milímetros (mm).

v: velocidad de arranque de viruta. Se suele medir en milímetro por minuto (mm/min).

Para determinar el tiempo de mecanizado se utiliza la velocidad de avance, puesto que define el tiempo empleado por la herramienta para eliminar la viruta de la pieza.

Recuerde

El tiempo de mecanizado es el tiempo productivo que invierte la máquina herramienta en completar la fabricación de la pieza.

En el tiempo de mecanizado intervienen diversos factores, destacando la velocidad de mecanizado (tanto velocidad de corte como velocidad de avance), el movimiento de penetración y el volumen de la viruta a extraer, entre otros.

Velocidad de mecanizado

Se distinguen dos tipos de velocidades:

1 La velocidad de corte es la relacionada con el movimiento principal de mecanizado en el cual se extrae material. Se define como la rapidez con que se desplaza la superficie de corte con respecto al borde de la cuchilla. La velocidad de corte se encuentra muy ligada a las características de la herramienta y las propiedades del material a mecanizar, por lo que, cuanto mejores sean la calidad de la herramienta y la trabajabilidad del material, mayor será la velocidad de corte empleada en el proceso de mecanizado.

2 La velocidad de avance tiene que ver con la trayectoria realizada por la herramienta respecto a la pieza. En el caso del torneado, se llama velocidad de avance longitudinal a la rapidez con que se mueve la herramienta respecto al eje longitudinal de la pieza y velocidad de avance transversal a la rapidez con que la punta de la herramienta penetra o se desplaza perpendicularmente al eje de giro de la pieza a mecanizar.

Movimiento de penetración

Es el movimiento que asegura el contacto necesario entre la pieza y la herramienta para que pueda tener lugar la eliminación de la viruta. Normalmente es un movimiento intermitente que se ejecuta mientras no tiene lugar eliminación de material o, lo que es lo mismo, antes de iniciarse la operación de mecanizado. De la magnitud del movimiento de penetración dependerá el número de pasadas que habrá que efectuar sobre la pieza para eliminar un volumen concreto de material.

Volumen de la viruta a extraer

Es la cantidad de material que hay que eliminar del tocho base o de la pieza semielaborada que se está mecanizando. Cuanto mayor sea el volumen a extraer, mayor número de pasadas habrá que efectuar sobre la pieza y, por tanto, mayor será el tiempo de mecanizado necesario.

Aplicación práctica

Debe usted realizar un limado de 30 cm de longitud, para lo cual se necesitarán 5 pasadas. Si la velocidad de avance es de 10 m/min, ¿cuántos segundos necesitará para llevar a cabo la tarea?

SOLUCIÓN

Para calcular el tiempo de limado se aplica la fórmula anteriormente indicada:

t = x / v

Se debe pasar la longitud x = 30 cm a 0,3 m para que todo esté en las mismas unidades.

t = 0,3 m / 10 m / min = 0,03 min

Como debe efectuar 5 pasadas, el tiempo de mecanizado es de:

t = 0,03 x 5 = 0,15 min

Por último, se debe realizar la conversión de los minutos a segundos.

t = 0,15 min x 60 s / min = 9 s

2.4. Análisis de tiempos en operaciones de mecanizado

Para determinar el tiempo total de mecanizado no puede tenerse en cuenta únicamente el tiempo activo durante el cual se está produciendo el arranque de viruta, sino que hay que añadirle otros tiempos, como el de preparación, aproximación, puesta a punto de las máquinas y piezas, así como los tiempos de control y parada. A todos estos tiempos se les denomina tiempos improductivos o tiempos muertos.

Por tanto, el tiempo total es la suma del tiempo activo, durante el cual se produce la extracción de material, más los tiempos muertos que, aunque no se emplean para eliminar volumen de material, son necesarios para completar el mecanizado.

Los tiempos muertos pueden calcularse sumando los diferentes tiempos que, sin ser directamente productivos, deben ser tenidos en cuenta para una correcta estimación de tiempos. Estos son:

1 Tiempo de preparación: es el tiempo que tarda el operario en preparar las piezas y herramientas que va a utilizar.

2 Tiempo de aproximación: corresponde a los tiempos de aproximación y retroceso de la herramienta o la pieza.

3 Tiempo de puesta a punto: es el tiempo que se dedica periódicamente a la revisión de la máquina, en la que se ajustan y verifican todas sus funciones para garantizar la calidad del mecanizado.

4 Tiempos de control: distinguiéndose entre el control de la pieza antes del mecanizado (verificación de su correcta posición) y el control de la pieza durante el mecanizado (cambio de la velocidad de avance, velocidad de corte o algún otro parámetro).

5 Tiempo de parada: es el tiempo que el operario necesita para atender a sus necesidades personales y recuperarse del trabajo producido.

Nota

Para determinar el tiempo total de mecanizado hay que tener en cuenta los tiempos muertos y sumarlos a la duración del proceso de arranque de viruta.

Aplicación práctica

Determine el tiempo muerto y el tiempo total que ha empleado usted en una tarea de mecanizado, sabiendo que el tiempo del proceso de arranque de viruta fueron 1,2 min; el de preparación, 45 s; el de aproximación y retroceso, 10 s; el de puesta a punto, 15 s; el tiempo total de control, 12 s y finalmente el de parada 8 s.

SOLUCIÓN

Para hallar el tiempo muerto, se aplicará la fórmula:

T_muertos = T_preparación + T_{aproximación} + T_{puesta a punto} + T_control + T_parada

T_muertos = 45 + 10 + 15 + 12 + 8 = 90 s = 1,5 min

El tiempo total es la suma del tiempo muerto más el tiempo activo de mecanizado.

T_Total = T_activo +T_muertos

T_total = 1,2 + 1,5 = 2,7 min = 162 s

3. Estimaciones de tiempos. Sistemas de tiempos predeterminados

La estimación de tiempos tiene una gran importancia dentro de la correcta gestión de una empresa dedicada al mecanizado de material.

Una buena estimación de tiempos ofrece muchas ventajas, entre las que destacan:

1 La mejora en la predicción del plazo de entrega del producto terminado: con una buena estimación de tiempos se puede garantizar y fijar una fecha de entrega real con el cliente y evitar sanciones por retraso en la fecha de entrega del producto final.

2 Facilidad para identificar posibles retrasos en los procesos de mecanizado: gracias a una correcta estimación se puede detectar fácilmente si alguna operación se está realizando de manera anormalmente lenta o si dentro del proceso existe algún “cuello de botella” que retrase todos los trabajos posteriores a realizar.

3 Afina el cálculo de presupuestos: si se dispone de una buena estimación de tiempos de fabricación, se pueden realizar presupuestos ajustados y con una menor incertidumbre en el cálculo de beneficios, ya que no resulta difícil conocer el coste de la mano de obra, instalaciones y maquinaria que se debe imputar a las piezas solicitadas.

4 Posibilita el estudio de viabilidad en determinadas inversiones sobre maquinaria, instalaciones o material, permitiendo además conocer el periodo de amortización y recuperación del capital invertido.

3.1. Proceso de estimación de tiempos

El proceso de estimación de tiempos engloba una serie de actividades encaminadas a un adecuado cálculo temporal. Estas actividades se reflejan en la tabla.

A continuación se procede a desarrollar cada una de las actividades que componen el proceso:

1 Definición de los trabajos de mecanizado: se trata de determinar qué trabajos son necesarios para llegar a la pieza final acabada partiendo de una materia prima en bruto inicial.Dependiendo de la complejidad de la pieza puede ser necesario llevar a cabo distintos trabajos de mecanizado, como torneado de alguna parte cilíndrica, fresado de alguna cara de la pieza o taladrado para conseguir ciertos orificios en el material.En muchas ocasiones el producto final será un conjunto mecánico, por lo que será necesario llevar a cabo uniones entre piezas previamente mecanizadas.

2 Establecimiento de la secuencia de trabajos: una vez definidos los trabajos a realizar, se debe establecer una secuencia cronológica de los mismos lo más optimizada posible.Con ello se pretende, entre otras acciones, evitar que la pieza tenga que volver innecesariamente a una máquina por la que ya ha pasado, procurar que la eliminación de material siga un orden lógico de reducción de sección, no realizar trabajos de afinado en zonas que posteriormente pueden ser dañadas en los siguientes procesos de mecanizado, etc.

3 Estimación de recursos necesarios para cada actividad: para optimizar el tiempo final, es necesario conocer y prever los recursos que necesitará cada proceso, como materia prima, piezas previamente mecanizadas, recursos de personal, fuentes de energía de cada máquina, etc.Si no se tienen en cuenta correctamente las necesidades de cada proceso se pueden producir desabastecimiento, ralentizaciones e incluso paradas en el proceso de fabricación, que afectarían y falsearían la estimación de tiempos de mecanizado.

4 Estimación de duración de los procesos: una vez conocidos y ordenados los trabajos que se van a realizar, llega el momento de estimar el tiempo que durará, por término medio, cada actividad.Este proceso no siempre resulta sencillo y estará sujeto a posibles ajustes hasta descubrir el tiempo medio razonable adaptado a la realidad de la empresa.Si el proceso es largo se deben estimar los periodos no laborables, ya que no se realiza trabajo, para tenerlo en cuenta antes de fijar una fecha de entrega con el cliente.

5 Realización de un cronograma: consiste en la elaboración un esquema gráfico donde se indican las distintas acciones que se deben realizar sobre la pieza o conjunto mecánico.Existen distintos formatos pero, por lo general, cuanto mayor sea la duración de la actividad, mayor será el gráfico mostrado en el esquema.

6 Control del cronograma: es el último paso en el proceso de estimación de tiempos y consiste en revisar las posibles desviaciones, hallar los motivos y utilizar la información obtenida para la realización de futuras estimaciones con una mayor precisión basada en la experiencia.

3.2. Sistema de tiempos predeterminados. Sistema MTM