Procedimientos de Fabricacion

PROCEDIMIENTOS DE FABRICACIÓN POR DEFORMACIÓN

INTRODUCCIÓN Los productos industriales se obtienen después que el material (materia prima ha sido sometido a una serie de procesos con el fin de darle una forma exterior adecuada, y en muchos casos, para mejorar sus propiedades mecánicas, electricas, etc. Normalmente, para conseguir el producto final, se necesita someter a la pieza a distintos procedimientos de fabricación. En este tema veremos exclusivamente la fabricación por deformación y nos centraremos en tres procedimientos: ∗ Pulvimetalurgia o metalurgia de polvos. ∗ Moldeo o conformación por fusión. ∗ Deformación en frío y en caliente.

METALURGIA DE POLVOS O PULVIMETALURGIA METALURGIA DE POLVOS

Proceso de fabricación Material en Polvo Prensado Sinterizado (Calentamiento en un horno a una temperatura entre 60 y el 70% del valor de la temperatura de fusion) Calibrado Tratamientos posteriores

CONFORMACIÓN POR FUSIÓN Es uno de los procedimientos de obtención de piezas más antiguo empleado por el hombre. Consiste en calentar el material hasta su temperatura de fusión, momento en el cual se transforma en Iíquido, para posteriormente verterlo en el interior Ej Filtros y cojinetes ∗ Acero al cromo-níquel ∗ Acero hasta 1,5% C + 5% Cu + Bronce de estaño Para piezas de precisión ∗ Polvo de hierro + de 0,3 a 1,5% de carbono en forma de grafito + entre el 1 y 5% Cu + 6% Pb Metales duros (widias) ∗ Carburo detungsteno ∗ Titanio ∗ Tántalo

de un molde con la forma adecuada de la pieza que se desea obtener. Luego se deja enfriar el tiempo necesario hasta que se solidifica y a continuación se extrae del molde. Por medio de este método podemos fabricar y obtener piezas de formas Muy diversas, siendo ampliamente utilizado en el campo de los recipientes de productos y carcasas de máquinas, con el fin de conseguir aspectos más agradables, llamativos y funcionales, sin necesidad de estar retocando posteriormente el producto. Generalmente, este proceso suele traer consigo un ahorro importante de material en la fabricación del producto final en comparación con otros métodos. En muchos casos, y en especial cuando se requieren acabados de precisión es necesario realizar un proceso de mecanizado sobre la superficie obtenida por vaciado. Durante el proceso de vaciado (Llamado también colada o moldeo) hay que tener en cuenta los siguientes, aspectos: 1. Realizar moldes que soporten bien las altas temperaturas del material fundido sin que Lleguen a deformarse. Además deben permitir la solidificación de una manera homogénea, con objeto de evitar deformaciones o alteraciones en el producto final, así como disponer de los orificios necesarios para la salida del aire cuando se introduce el material fundido. 2. Vaciar el metal a la temperatura idónea; ni demasiado alta, porque se oxida con facilidad, ni demasiado baja, porque apenas estaría en estado Iíquido con lo cual no penetraría en las cavidades con facilidad. Los procedimientos más usuales para llenar el molde son:

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a) b) c) d)

Colada por gravedad. Colada centrífuga. Colada a presión. Colada continua.

a) Colada por gravedad Se realiza vertiendo el metal fundido sobre un molde. Podemos considerar cuatro formas de realizar este vaciado: I. Colada sobre moldes de arena. II. Colada sobre moldes permanentes. III. Colada sobre un molde que está girando (colada centrífuga). IV. Colada a la cera perdida (microfusión). I Colada sobre moldes de arena La arena es un material abundante que se moldea bien, es barato y tiene un alto poder refractario. Las arenas empleadas están compuestas de sílice y arcilla que actúa como aglomerante de los granos de sílice. A estos dos elementos les añade agua para formar una masa de gran consistencia y plasticidad. luego, se dejan secar o se utilizan directamente constituyendo lo que se denomina moldeo en verde. Las proporciones de cada uno de los elementos suele ser 5 por 100 de agua, 20 por 100 de arcilla y 75 por 100 de arena silícea. Actualmente se están utilizando aglomerantes artificiales, tales como la bentonita que proporciona a los moldes una gran resistencia cuando están en contacto con el metal fundido La preparación del molde exige que, previamente, se disponga de un modelo de la pieza que se desea obtener. Este patrón puede estar fabricado de distintos materiales (madera, metálico, plástico, cera, etc.) y generalmente está partido por la mitad o incluso en más partes con objeto de que se pueda extraer del molde con facilidad antes de verter el Iíquido en el interior del mismo (hacer la colada) El modelo se coloca en el interior del molde y se rodea de arena, fuertemente apisonada, de tal manera que quede bien compacta y no se desmorone a la hora de extraer el modelo. Cuando la pieza que se desea obtener dispone de partes huecas es necesario colocar en el molde unas partes fabricadas con arena que reciben el nombre de machos. Estos se extraerán de la pieza solidificada una vez que se sacan del molde.

El proceso para realizar una pieza es relativamente sencillo y consiste en: ∗ Fabricar el modelo e introducirlo en el interior del molde. No debemos olvidar la colocación de elementos que permitan, posteriormente, la salida de aire y gases, que al mismo tiempo servirán de mazarotas, finalidad es alimentar el molde durante el proceso de solidificación, compensando mermas que se producen por la contracción en la solidificación así como los canales de colada (bebederos). Estos moldes consisten en cajas metálicas sin tapa ni fondo, divididas en dos mitades que encajan perfectamente la una en la otra.

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Recubrir el modelo con una capa fina de arena especial de contacto y luego rellenar con arena de moldeo presionando fuertemente para que toda la arena quede compactada y consistente. ∗ Abrir el molde y extraer el modelo de su interior, cerrándolo nuevamente. ∗ Colocar el molde en posición de llenado y verter el metal fundido. ∗ Dejar el tiempo necesario para que se solidifique. ∗ Romper el molde, quitando de la pieza la arena que pueda quedar pegada. ∗ Recoger la arena y limpiarla para reutilizarla en la formación de nuevos moldes. Es un proceso económico, apto para temperaturas altas y apropiado para Todo tipo de metales, pero tiene el inconveniente de tener que realizar un molde para cada pieza. De arena se pueden hacer moldes sin extraer el modelo, realizando éste de poliestireno expandido. Al hacer la colada o vaciado se evaporará. En este caso habrá que realizar para cada pieza un modelo y un molde. II Colada sobre moldes permanentes Estos moldes permiten realizar muchas piezas, a menudo miles, de forma precisa antes de deteriorarse. Así evitamos tener que construir un molde de arena para cada pieza. Se hacen generalmente de acero o fundición gris y se utilizan para vaciados o coladas a temperaturas inferiores a los 1.000 "C. Se componen de dos partes que se encuentran unidas durante el proceso de colada y que posteriormente se separan para extraer la pieza. Generalmente, antes del proceso de colada, los moldes se calientan para conseguir que el material no se enfríe con rapidez al entrar en contacto con el molde, ya que podría provocar una mala distribución del material Iíquido e incluso, si se trata de metales, llegar a agrietarse. Por este sistema se consiguen buenos acabados y una rápida producción de piezas, aunque la elaboración del molde es costosa. A este tipo de moldes permanentes también se les conoce con el nombre de coquilla. III Colada en un molde que gira La fabricación de tubos o piezas huecas podemos realizarla al vaciar el líquido en un molde que gira a gran velocidad. Gracias a la fuerza centrifuga, el metal se pega en los laterales, enfriándose y tomando la forma del molde. Con este método se pueden crear piezas o tubos con capas de distintos materiales IV Colada a la cera perdida Es un método que se ha utilizado tradicionalmente la obtención de objetos artísticos y decorativos en los que el modelo a obtener es muy complejo y, por tanto, resultaría difícil su extracción. Consiste en crear el modelo en cera que posteriormente se cubre con arena cerámica especial o yeso, teniendo previstos vistos los agujeros y orificios necesarios para la entrada del material fundido y para la salida de aire. Luego se deja secar el yeso o la arena para que adquiera la forma del modelo Por último se calienta el molde y se derrite la cera, que cae por los orificios practicados, y se recoge para reutilizarla. Así tendríamos confeccionado el molde. Para producir la pieza se realiza el vaciado o colada del material fundido, dejándolo solidificar. A continuación se rompe el molde y se extrae la pieza. En la actualidad este procedimiento se utiliza mayoritariamente para la elaboración de piezas en joyería y pequeña piecería de acero latón, etc., tales como mecanismos de máquinas de coser racores, codos, etc.

b Colada por presión Consiste en inyectar a presión en el interior del molde el material fundido. Para ello se requieren moldes permanentes, sujetos por prensas para evitar que se abran debido a la presión de inyección, que suele Llegar hasta los 300 kg/cm2 Este tipo de colada se emplea especialmente en la conformación o fabricación de piezas de aleaciones ligeras tales como el aluminio, o aleaciones de bajo punto de fusión o para pequeñas piezas metálicas cuya obtención resulta difícil por gravedad. En la fabricación de plásticos es ampliamente utilizado. Las piezas obtenidas adquieren un acabado superficial bastante bueno que generalmente no es necesario mecanizar con posterioridad. Este tipo de colada se emplea exclusivamente cuando el número de piezas a fabricar es grande, ya que los modelos empleados son siempre metálicos o coquillas.

ELABORACIÓN DE PIEZAS MEDIANTE DEFORMACIÓN DEL MATERIAL La deformación de materiales hasta conseguir la forma deseada es una técnica muy utilizada en la industria como procedimiento de fabricación. Se puede realizar a temperatura ambiente (deformación en frío) o elevando la temperatura del material (deformación en caliente).

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Se aplica principalmente a los metales, aunque vimos que también se emplea en la obtención de plásticos por termoconformado. Algunos de estos metales admiten bien la deformación en frío, como el oro, el cobre y la plata En cambio, en otros, como los materiales férreos, la deformación en frio resulta más complicada. Para trabajar en uno o en otro campo hay que tener en cuenta los conceptos de plasticidad, resistencia mecánica y elasticidad Por norma general, elegiremos un procedimiento de deformación en frío si el material y la pieza a realizar lo soportan, pues mejoramos sus propiedades, el acabado es mejor y las medidas más exactas. Además se evita tener que calentar las piezas y disponer de máquinas y herramientas. que soporten esas temperaturas sin dañarse, lo cual supone un ahorro. Por el contrario, se precisan máquinas más potentes para realizar las operaciones. En la mayoría de los casos se necesitan varios procedimientos de deformación para obtener la forma final, pudiéndose combinar.

Deformación en caliente Los procedimientos básicos por deformación en caliente son: Colada continua, laminación y forja (estirado, recalcado, estampado y extrusión). Colada continua Consiste en llenar un recipiente de metal fundido procedente de uno de los hornos de la fundición (últimamente la mayor parte del acero precede del horno eléctrico). El metal cae por un orificio refrigerado (molde) se solidifica y así se obtiene una tira continua de sección semejante a la del molde. Esta tira cae en vertical y al apoyarse sobre unos cilindros, a medida que avanza, se va colocando horizontal para ser cortada mediante sopletes que se mueven a la misma velocidad que la plancha. Seguidamente, aprovechando la temperatura de las barras, se pasan por los trenes de laminación o se Ilevan a las máquinas de forjado

Para realizar la colada continua se necesita una maquinaria bastante compleja, pero el proceso de laminación se realiza posterior al de solidificación del material fundido, lo que evita estar calentando de nuevo el material como ocurre en el caso de verter el metal fundido en lingoteras. · Laminación Se aplica principalmente en materiales férreos. Consiste en hacer pasar entre dos o más rodillos, un lingote caliente de acero. A través de sucesivas pasadas se reduce su espesor y se adapta su forma para obtener planchas, barras o perfiles. El lingote, al solidificar, se separa de la lingotera y se calienta a una temperatura por debajo de la de fusión en un horno adecuado, durante varias horas, para que todo el tocho adquiera la misma temperatura. Así se consigue una mayor plasticidad de todo el metal. A continuación el lingote se lleva los trenes de laminación. Estos están compuestos por rodillos, separados a una distancia un poco pequeña que la anchura del tocho. Al pasar por ellos van deformándose. Para conseguir el perfil o Lámina final la deformación se va haciendo por pasos, es decir, se va pasando por sucesivos conjuntos de rodillos De los trenes de laminación se obtienen productos que después utilizan otras industrias para realizar productos elaborados. Por tanto, suelen ser perfiles o planchas de medidas normalizadas para que los destinatarios de estos productos sepan sus dimensiones y características. Los productos más usuales son: · Chapa de diversos espesores. Si ésta es fina se embala en forma de rollos para su traslado. · Perfiles. Son barras cuyo perfil puede tener diversas formas, que

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normalizadas. Las más utilizadas son las que se representan en la siguiente. · Tubos. Es una barra hueca, generalmente de sección cuadrada, rectangular o circular.

· Forja Es un procedimiento de fabricación que consiste en calentar el acero a una temperatura inferior a la de fusión (entre 600 y 900 "C) para posteriormente golpearlo con un martillo o prensa. A esta temperatura su plasticidad es mayor, por lo que se le puede dar la forma requerida sin romper o quebrar el material. Hay materiales que permiten la forja en frío, pero otros, como los materiales férreos, requieren elevar su temperatura para trabajar con ellos. Antiguamente se deformaban las barras calentándolas en una fragua de carbón donde alcanzaban la temperatura idónea. A continuación el herrero sacaba la pieza, ayudándose de tenazas, la colocaba sobre el yunque, y con el martillo golpeaba dándole la forma deseada. Mediante este método y de forma manual, las limitaciones eran grandes, pues se reducían los trabajos a piezas pequeñas de fácil manejo. Con la utilización de máquinas, éstas se emplearon como potentes martillos y se pudieron trabajar piezas más grandes y en mayor cantidad en un mismo tiempo.

En la actualidad en los trabajos de forja, además de poder realizarlos de forma manual, similar al método tradicional, se utilizan: ∗ Potentes prensas accionadas mecánica o hidráulicamente, que comprimen el material hasta darle la forma deseada. ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ Martillos de caída libre que levantan por medios hidráulicos o neumáticos un peso que después se deja caer sobre la pieza para ir deformándola paulatinamente por martilleo. En general, mediante deformación en caliente se realizan las siguientes operaciones:

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a) Estirado de barras. Consiste en martillar sobre la sección de la barra para darle la forma requerida, reduciéndola y, por tanto, aumentando la longitud de la misma. b) Recalcado. Radica en golpear los extremes del tocho para disminuir su longitud, aumentando su sección. c) Estampado. Se basa en obtener piezas mediante martilleo o presión, situando el material base sobre un molde, para que adquiera la forma del mismo. d) Extrusión. Consiste en calentar el tocho a una temperatura próxima a la de fusión y hacerlo pasar, por medio de presión, por un agujero de forma determinada. Con ello se obtiene una barra o tubo de sección similar a la del agujero.

Deformación en frío Varios son los procedimientos de fabricación más usuales para la deformación en frío. Estos son: o Laminado. o Forja. o Estampación. o Extrusión. o Doblado y curvado. o Embutición. Laminado El procedimiento de laminado en frío es semejante al descrito para el laminado en caliente, pero difiere de él, principalmente, en que las reducciones de espesor son mucho más pequeñas ya que aparece un endurecimiento superficial, denominado acritud, que puede originar la rotura de la pieza. Este procedimiento es muy empleado para la obtención de una chapa fina denominada «Chapa blanca» por su aspecto brillante. Los trenes de laminación empleados son también diferentes ya que los cilindros tienen que ser más resistentes y con un mejor acabado superficial. Si la Lámina es de material ferroso, una vez finalizado, generalmente se recubre por medio de un barniz o pintura, o por un baño electrolítico de un metal como el cinc (chapa galvanizada). Con este recubrimiento se evitan las oxidaciones. Forjado en frío Se ut/liza principalmente para producir pequeñas piezas por martilleo como tornillos, varillas, arandelas, etc., y para mejorar las propiedades mecánicas de los metales. Las máquinas utilizadas son potentes prensas semejantes a las empleadas en el forjado en caliente. Estampación Consiste en deformar planchas introduciéndolas entre dos matrices, una fija y la otra móvil, de forma que den relieve por un lado y hundan las planchas por el otro. De esta forma se realizan la mayoría de las chapas que forman la carrocería de un automóvil (aletas, puertas, etc.). Extrusión Consiste en introducir en un recipiente un material dúctil y presionarlo fuertemente con un punzón o émbolo, lo que obliga al

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material a fluir por el orificio que queda libre. De esta manera se pueden obtener barras o tubos de sección constante y con una calidad final bastante aceptable. Doblado y curvado Estos procedimientos de fabricación consisten en deformar piezas ya sean planchas, flejes, tubes o alambres de la siguiente forma: Doblado. Se realiza un pliegue o un doblez simple de tal forma que el radio de curvatura sea pequeño, quedando el resto de la pieza intacta es decir, se ha desplazado una parte de la pieza sobre otra formando un cierto ángulo sobre la Línea de doblez. En una misma pieza se pueden realizar varias operaciones de doblado. Curvado. Tiene por objeto dar a la pieza la forma de una Línea curva. El radio de curvatura de la deformación simple es relativamente grande. Estas operaciones se pueden realizar con herramientas manuales o con maquinas dobladoras y curvadoras según la complejidad que requiera el proceso Las formas que se pueden obtener son muy diversas. En la figura aparecen algunas de ellas y uno de los métodos para obtenerlas.

Embutición Es un procedimiento de fabricación que tiene por objeto obtener piezas semejantes a un molde o matriz anteriormente definido. Para ello se parte de una chapa o Lámina cortada de las dimensiones requeridas, colocándola sobre el molde. Mediante prensado o por golpeo se obtiene la forma final. Realizada esta operación el grosor de la chapa no sufre variación. Mediante este procedimiento se deforman chapas con el fin de obtener formas muy diversas y de una manera rápida, como son tapas de envases, recipientes, etc. Generalmente y para evitar la rotura de la Lámina base se suelen realizar varias operaciones de embutición sobre la misma Iámina para conseguir la pieza final. El número de estas operaciones depende del material y de la forma a obtener. Trefilado Es un procedimiento de fabricación que se emplea para la obtención de alambre. Consiste en hacer pasar una varilla de diámetro inferior a 6 mm, tirando de ella, por una serie de orificios de diámetro decreciente, que reciben el nombre de hileras, hasta obtener el diámetro deseado. Como esta deformación se realiza en frío, se origina una acritud elevada, que es necesario eliminar mediante un calentamiento del alambre, seguido de un enfriamiento al aire. Con este sistema se llegan a obtener alambres de algunas décimas de milímetro y de una resistencia extraordinaria. Una de las muchas aplicaciones que se les suele dar a estos alambres es como cuerdas de piano, de ahí que se suelen denominar «cuerda de piano».

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