dosificador de adhesivo
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MT5 ÁLVAREZ SinncO 2009 Innovación en el proceso de fabricación de mangueras automotrices: Pegado de abrazaderas Daniel Álvarez Bárcenas 1 Resumen El presente trabajo es una referencia de la aplicación de las herramientas de la ingeniería de desarrollo e innovación en la solución de un problema real con alto impacto económico, ambiental y social para la empresa donde fue aplicada: Autopartes México (AUME). Uno de los principales procesos de manufactura en la fabricación de mangueras es el pegado de abrazaderas a través del uso de dispositivos dispensadores de pegamento líquido los cuales tienen un alto costo económico, un difícil ajuste de los parámetros de operación y la aplicación efectiva de mantenimiento preventivo y correctivo. Ante la falla de ambos mantenimientos, la necesidad de encontrar otro tipo de dispositivo a un menor costo, de fácil operación y con la mínima aplicación de ambos mantenimientos, se implementó un proyecto para el desarrollo, diseño y fabricación de un nuevo dispensador de pegamento líquido utilizando las siguientes herramientas y metodologías de la ingeniería de desarrollo: Portada, contenido, introducción, antecedentes, propuesta del proyecto, mercado, especificación de diseño de producto, diseño conceptual, diseño detallado y manufactura. El resultado fue un dispensador prácticamente con la misma función que el original, con un costo menor de casi el 1000%, construido e instalado en planta, con un mínimo de mantenimiento preventivo y correctivo, refacciones a un menor costo y de fácil operación. El desarrollo del nuevo dispensador tuvo como línea base el anterior en producción, logrando un primer prototipo que fue instalado en una celda piloto con el fin de llevar a cabo las pruebas de funcionamiento, operación y validación del proceso. Los resultados obtenidos se compararon contra los ya establecidos por el dispositivo original y las especificaciones de validación del proceso, los cuales fueron favorables ya que cumplían con las especificaciones y requisitos del cliente. Los dispensadores originales se han ido sustituyendo gradualmente por el desarrollado en este proyecto y las nuevas celdas de ensamble ya incluyen el nuevo dispensador. Palabras clave: adhesivo, dispensador, necesidades, ideas, conceptos, especificaciones 1 1 Programa de Postgrado en Ingeniería Industrial Instituto Tecnológico de Celaya. E-mail: [email protected]
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MT5 ÁLVAREZ SinncO 2009
Innovación en el proceso de fabricación de mangueras automotrices:
Pegado de abrazaderas
Daniel Álvarez Bárcenas1
Resumen
El presente trabajo es una referencia de la aplicación de las herramientas de la ingeniería de desarrollo e innovación en la solución de un problema real con alto impacto económico, ambiental y social para la empresa donde fue aplicada: Autopartes México (AUME).
Uno de los principales procesos de manufactura en la fabricación de mangueras es el pegado de abrazaderas a través del uso de dispositivos dispensadores de pegamento líquido los cuales tienen un alto costo económico, un difícil ajuste de los parámetros de operación y la aplicación efectiva de mantenimiento preventivo y correctivo.
Ante la falla de ambos mantenimientos, la necesidad de encontrar otro tipo de dispositivo a un menor costo, de fácil operación y con la mínima aplicación de ambos mantenimientos, se implementó un proyecto para el desarrollo, diseño y fabricación de un nuevo dispensador de pegamento líquido utilizando las siguientes herramientas y metodologías de la ingeniería de desarrollo: Portada, contenido, introducción, antecedentes, propuesta del proyecto, mercado, especificación de diseño de producto, diseño conceptual, diseño detallado y manufactura.
El resultado fue un dispensador prácticamente con la misma función que el original, con un costo menor de casi el 1000%, construido e instalado en planta, con un mínimo de mantenimiento preventivo y correctivo, refacciones a un menor costo y de fácil operación. El desarrollo del nuevo dispensador tuvo como línea base el anterior en producción, logrando un primer prototipo que fue instalado en una celda piloto con el fin de llevar a cabo las pruebas de funcionamiento, operación y validación del proceso.
Los resultados obtenidos se compararon contra los ya establecidos por el dispositivo original y las especificaciones de validación del proceso, los cuales fueron favorables ya que cumplían con las especificaciones y requisitos del cliente.
Los dispensadores originales se han ido sustituyendo gradualmente por el desarrollado en este proyecto y las nuevas celdas de ensamble ya incluyen el nuevo dispensador.
Palabras clave: adhesivo, dispensador, necesidades, ideas, conceptos, especificaciones
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1 Programa de Postgrado en Ingeniería Industrial Instituto Tecnológico de Celaya. E-mail: [email protected]
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Introducción
El Adhesivo es una sustancia que puede mantener unidos a dos o más cuerpos por contacto superficial. Es
sinónimo de cola y pegamento. Su importancia en la industria moderna es considerable. Aunque la
adherencia puede obedecer a diferentes mecanismos de naturaleza física y química, como lo son el
magnetismo o las fuerzas electrostáticas, desde el punto de vista tecnológico los adhesivos son los
integrantes del grupo de productos, naturales o sintéticos, que permiten obtener una fijación de carácter
mecánico.
Clasificación en función de sus componentes:
a) Adhesivos sintéticos: a base de polímeros que son derivados del petróleo (Colas de poli-
vinil-acetato, colas etilénicas, colas de poliuretano, colas de caucho sintético, adhesivos
anaeróbicos o de cianoacrilato).
b) Adhesivos de origen vegetal: a base de derivados de la patata, el maíz, (colas de almidón,
dextrinas, cauchos naturales).
c) Adhesivos de origen animal: a base de pieles de animales (colas de gelatina) o de derivados
lácteos (colas de caseína).
Clasificación en función de su presentación:
a) Adhesivos para uso doméstico o infantil.
b) Adhesivos sólidos: destacan los adhesivos termo-fusibles (del inglés "Hot Melt") que se
utilizan en procesos industriales que los calientan para fundirlos, aprovechando su propiedad
de enfriar rápidamente para acelerar los procesos productivos. También son adhesivos
sólidos las barras de pegamento para papel o los adhesivos en polvo (a base de acetato o
formaldehído entre otros).
c) Adhesivos líquidos: acrílicos, cianoacrilatos, epoxicos y uretanos, anaeróbicos, silicona y
curados por luz ultravioleta. Comúnmente conocidos como colas blancas (en su mayoría
tienen un color blanco o crema) utilizan en su composición un vehículo líquido
(normalmente agua o disolvente) que una vez utilizado tiende a perder, hasta obtener un
secado que hace que la unión sea resistente. Usado en la construcción (adhesivos para
pavimentos y revestimientos como maquetas, PVC, linoleum, etc.). Otros adhesivos
líquidos.
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Clasificación en función de su uso:
a) Adhesivos industriales: aquellos que se utilizan en multitud de procesos de fabricación para
realizar uniones. Las colas y adhesivos se utilizan ampliamente en los siguientes sectores:
- Artes gráficas (Encuadernación de libros).
- Transformación del papel y cartón (Papel higiénico, fabricación de cartón ondulado,
encolado de estuches de cartón, fabricación de compresas y pañales, auto-adhesivo
de papel,…).
- Envase y embalaje (Cerrado de cajas, sobres y bolsas, etiquetado de envases, botellas
y latas,…).
- Muebles y madera (Fabricación de muebles, ensamblaje de madera, fabricación de
puertas, tapicería de sillas y sillones,...).
- Industria auxiliar del automóvil (Montaje de paneles de puertas, techos de vehículos,
tapicería de asientos,...)
b) Adhesivos profesionales: Utilizados para la instalación o unión de materiales, sobre todo en
la construcción (Adhesivos para pavimentos y revestimientos como maquetas, PVC,
linoleum)
c) Adhesivos para uso doméstico o infantil: Colas para uso doméstico y de papelería. [1]
En los procesos de fabricación que hacen uso de adhesivos líquidos se utilizan diferentes tipos de
dispensadores de pegamento para su aplicación, este es el caso del proceso de pegado de abrazaderas en
mangueras automotrices. El dosificador típico utilizado para el proceso mencionado anteriormente es el
mostrado en la Figura 1. El sistema consta de un tanque presurizado, un ordenador o controlador, un
dosificador (válvula despachadora de pegamento), línea de flujo de aire y línea de flujo de pegamento, y
un activador (pedal o botón, no mostrado en la Figura 1). Su costo aproximado total es de $ 28,760.00 M.
N. El componente más delicado y costoso, además de requerir cuidado en su operación y mantenimiento
es la válvula dispensadora. [2]
El objetivo de la utilización de dispensadores es lograr un proceso más eficiente y que minimice los
tiempos y costos de la operación.
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Figura 1. Sistema Dispensador de Pegamento
Objetivos
Desarrollo, diseño y fabricación de un nuevo dispensador de pegamento líquido que minimice las
actividades necesarias para su mantenimiento, de bajo costo, fácil operación y que se ajuste a las
condiciones del proceso actual del pegado de abrazaderas.
Alcance
Este proyecto sólo aplica para las celdas de terminado que utilizan dispensadores de pegamento líquido en
el proceso de pegado de abrazaderas.
Metodología
Una vez definido el problema se siguió un guía de proyectos de ingeniería de desarrollo que abarca los
siguientes puntos:
1. Mercado
2. Especificación de diseño de producto
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3. Diseño conceptual
4. Manufactura
El punto uno involucró definir temas como: mercado, necesidades generales y particulares,
producto, clientes, requerimientos de clientes, requerimientos que se complementa y que se contraponen.
Para recopilar información se aplicaron cuestionarios como el mostrado a continuación:
Cuestionario de entrevista
Nombre: ____________________________________________________________________________
Línea de producción: ___________________________________________________________________
Tiempo de laborar en esta área: ___________________________________________________________
1. ¿Cuándo y por qué utiliza este tipo de producto?
2. ¿Qué es lo que le gusta de los productos existentes?
3. ¿Qué es lo que le disgusta de los productos existentes?
4. Si usted pudiera elegir el sistema de pegado que se va a utilizar para la operación de pegado
¿Cuáles serían los puntos que consideraría para adquirir dicho sistema?
5. ¿Cuáles son las mejoras que le haría al producto?
De la información obtenida a través del cuestionario se obtuvieron las necesidades del cliente
mostradas en la Tabla 1. La escala utilizada para la determinación de la importancia de la necesidad es:
(5) La función es crítica; no me gustaría considerar un producto sin que tuviera esta función.
(4) Esta función es sumamente deseable.
(3) Estaría bien tener esa función pero no es necesaria.
(2) La función no es importante, pero no me molestaría tenerla.
(1) Definitivamente la función es indeseable.
Donde: D= Directriz y W= Deseo
Para la parte de especificación de diseño de producto se utilizó la Tabla 2 la cual describe como el
diseñador espera cumplir con los requerimientos del cliente y su grado de importancia. Del análisis de las
especificaciones obtuvimos la siguiente salida de Especificación de Diseño de Producto que se muestra en
la Tabla 3. [3]
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Tabla 1. Necesidades Jerarquizadas del Cliente
No. Necesidad Importancia D/W 1 Fácil de usar 4 D 2 Dosificar cantidad necesaria de pegamento 4 D 3 Requiera de poco mantenimiento 4 W 4 Minimice los tiempos de operación 5 D 5 No se tape 4 D 6 Difícil de quitar de la estación de trabajo 2 W 7 No escurra pegamento 3 D 8 Sea silencioso 2 W 9 Que sea durable 5 D 10 Activador del dispositivo fácil de localizar y
acceder 4 W
11 Con refacciones de fácil surtimiento 5 W 13 Sistema de pegado en donde no se pegue la
válvula y la punta 5 D
12 De fácil instalación 3 W 13 Bajo costo 4 D 14 Instalar en cualquier celda 5 D 15 Que sea seguro 5 D
Para el diseño conceptual se determinaron las funciones y sub-funciones del sistema como se
muestra en las Figura 2 y Figura 3. Con las funciones y sub-funciones se generaron ideas aplicando el
benchmarking de forma directa en la línea de producción y consultando a expertos, en este caso a los
ingenieros encargados de la fabricación de celdas de terminado de la propia compañía. Para la generación
de estos conceptos se clasificaron las ideas de acuerdo a: Factible, Posible e Inviable.
Tabla 2. Especificaciones del Diseño del Producto
Empresa: Autoparte México Proyecto: Sistema para la aplicación de pegamento líquido
Identificación del documento: DOC 0001 Responsable: Departamento de Ingeniería
Especificación
Importancia
Fácil de operar Instructivo de uso/Ayudas visuales/Dispositivo despachador que no requiera calibración para s uso 4
Dosificar cantidad necesaria de pegamento Punta metálica de diferentes calibre (0.018”) Punta de plástico de diferentes calibres (pulgadas) Regulador de presión de aire entre 4 y 6 bars
5
Poco mantenimiento Componentes “quita y pon” 5
Minimice los tiempos de operación Despachar gota en un ciclo de 1 a 3 segundos/Activador “push botton” o pedal 5
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No se tape Contenedor hermético de plástico o polipropileno que garantice un tiempo mínimo de operación de 7.5 hrs. Sin taparse
5
Difícil de quitar de la estación de trabajo Equipo soldado a la estación de trabajo/Equipo atornillado a la estación de trabajo 2
No escurra pegamento Contenedor hermético de plástico o polipropileno 3
Sea silencioso Cumplir con Norma NOM -011-STPS-2001 2
Que sea durable Tiempo de vida del dispositivo mínimo de 1.5 años, utilizando una caja de corriente que opere a 110 volts de CC, regulador de presión de aire entre 4 y 6 bars, piezas de plástico.
5
Activador del dispositivo fácil de localizar y acceder Activador “push botton” colocado a una altura de 700 a 900 mm y a 250 a 350 mm del dosificador/Activador de pedal colocado a pie de máquina
4
Con refacciones de fácil surtimiento Componentes de línea: NO de especial fabricación 5
Bajo costo El costo total del sistema no debe de exceder los $ 250 USD/Componentes de fácil adquisición en el país
4
Que sea seguro Cumpla norma NOM-011-STPS-2001/Cumpla norma NOM para el uso de adhesivos 5
Tabla 3. Resultados de la etapa de especificación del diseño del producto
No. Medida Unidad Valor 1 Operación eléctrica Volts 110 2 Punta metálica o plástica de calibre 18 pulgadas 0.018 3 Ciclo de operación segundos 1-3 4 Tiempo mínimo de operación sin taparse Hrs. 7.5 5 Recipiente hermético de plástico o polipropileno ml 50-75 6 Ruido dB Menor de 90 7 Ciclo de vida años Al menos 1.5 8 Ubicación de activador “push botton” altura y a 250 a 350
mm del dosificador mm 700-900
9 Ubicación de activador “push botton” del dosificador mm 250-300 10 Ubicación del activador de pedal colocado a pie de
máquina mm 700-900
11 Costo de manufactura de unidad USD No más de 250 12 Operación neumática bars 4-6
Las ideas factibles fueron utilizadas para la elaboración de conceptos, ya que estas cumplen con las
restricciones económicas, de tiempo y accesibilidad de recursos para la realización de este proyecto. Del
proceso de generación de conceptos se lograron un total de 1, 632, 960 que después de un proceso de
depuración arrojo como resultado 64 conceptos los cuales fueron evaluados a través de una matriz de
evaluación y dio como resultado la eliminación de 48 conceptos. El criterio utilizado se determino en base
a la mayor puntuación neta obtenida por cada uno de ellos. [3]
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Figura 2. Caja Negra Estructura Funciona
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Aplicación de adhesivo líquido
Energía eléctrica Adhesivo
Energía mecánica
Aire Fuerza de compresión
Adhesivo Aire
Fuerza de expansión
Figura 3. Caja Transparente con Determinación de las Sub-Funciones
¿Cuál es e resultado de la estructura funcional?
Aplicar adhesivo líquido
Los 16 conceptos restantes fueron evaluaron nuevamente como lo muestra la Figura 4 “Matriz de
Puntuación de Conceptos” dando como mejor opción los conceptos número 3 y 7, ya que estos obtuvieron
la mayor puntuación.
Adhesivo
Aire
Regular cantidad de pegamento
Entregar o no entregar adhesivo
Conducir adhesivo
Almacenar adhesivo
Expulsa gota de adhesivo
Regular flujo de aire
Adhesivo
Energía Mecánica
Aire
Energía eléctrica
Recibir impulso
Aplicar fuera de compresión
Conducir aire
Dejar pasar o no aire
Fijar dispositivo
Posicionar cilindro
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Selección de concepto criterio
Grado de importancia del criterio
Número de conceptos a evaluar 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Número de opción a evaluar 3 4 7 8 11 12 16 17 20 21 24 25 28 29 32 33
Costo del dispositivo (menor es mejor) 5
3 15
3 15
3 15
3 15
3 15
3 15
3 15
3 15
3 15
3 15
3 15
3 15
3 15
3 15
3 15
3 15
Limpieza en la operación (menor es mejor) 3
3 9
3 9
3 9
3 9
3 9
3 9
3 9
3 9
3 9
3 9
3 9
3 9
3 9
3 9
3 9
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Manejo (mayor es mejor) 4
3 12
3 12
3 12
3 12
2 8
2 8
2 8
2 8
3 12
3 12
3 12
3 12
2 8
2 8
2 8
2 8
Mantenimiento (menor es mejor) 4
3 12
3 12
3 12
3 12
3 12
3 12
3 12
3 12
3 12
3 12
3 12
3 12
3 12
3 12
3 12
3 12
Durabilidad (mayor es mejor) 5
2 10
2 10
2 10
2 10
2 10
2 10
2 10
2 10
2 10
2 10
2 10
2 10
2 10
2 10
2 10
2 10
Refacciones de línea (mayor es mejor) 3
3 9
3 9
3 9
3 9
3 9
3 9
3 9
3 9
3 9
3 9
3 9
3 9
3 9
3 9
3 9
3 9
De fácil instalación (mayor es mejor) 3
3 9
3 9
3 9
3 9
3 9
3 9
3 9
3 9
3 9
3 9
3 9
3 9
3 9
3 9
3 9
3 9
Tamaño de gota (igual es mejor) 5
3 15
3 15
3 15
3 15
3 15
3 15
3 15
3 15
3 15
3 15
3 15
3 15
3 15
3 15
3 15
3 15
Capacidad de almacenamiento (mayor es mejor) 3
1 3
1 3
1 3
1 3
1 3
1 3
1 3
1 3
1 3
1 3
1 3
1 3
1 3
1 3
1 3
1 3
Funcionalidad 5
3 15
2 10
3 15
2 10
1 5
1 5
1 5
1 5
2 10
1 5
2 10
1 5
1 5
1 5
1 5
1 5
Fácil de manufacturar (mayor es mejor) 3
3 9
3 9
3 9
3 9
3 9
3 9
3 9
3 9
3 9
3 9
3 9
3 9
3 9
3 9
3 9
3 9
Total 118 113 118 113 104 104 104 104 113 108 113 108 104 104 104 104
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Estos conceptos consisten en un dispositivo de doble cilindro accionado con pedal que manda la
señal a una electroválvula y que utiliza un regulador de presión, el pegamento líquido es almacenado y
conducido hacia una punta metálica por un gotero de plástico; la diferencia entre estos dos conceptos es
que la manguera del primero es de polipropileno y la del segundo es de polietileno.
Estos dos conceptos son los que se desarrollaron y probaron, sin embargo existen otros 4 conceptos
que tuvieron puntuaciones altas pero sin igualar a los dos ganadores pero que también podrían ser
probados. [3]
Conclusiones
Se obtuvo un sistema dosificador de pegamento que cumple las necesidades del cliente y actualmente está
en producción. Además de que su costo es sumamente bajo comparado con el sistema patrón. Ver Figura 5
Figura 5. Nuevo Sistema Dosificar de Pegamento
El costo final de manufactura en moneda nacional es el mostrado en la Figura 6 con su
especificación final mostrada en la Figura 7.
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Figura 6. Costo Final de Manufactura
Figura 7. Especificación Final del Nuevo Sistema Dispensador de Pegamento
Dispositivo para aplicación de adhesivo líquido
ESPECIFICACIONES
Concepto Descripción
1 Energía eléctrica 110 volts
2 Presión neumática 2 a 7 kg/cm2
3 Capacidad 1650 disparos
4 Contenedor de pegamento Gotero a 40 grs.
5 Activador Pedal pulsador a 110 volts
6 Posición de cilindro Ajustable de 0 a 100 mm
7 Instalación Soldado o atornillado (material no incluido)
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