Conformación sin arranque de viruta

Materiales. Mecánica. Moldeado en arena. Machos. Fundición a coquilla. Forjado de piezas. Estampación en caliente y frío. Laminación. Extrusión

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PROCEDIMIENTOS DE CONFORMACIÓN SIN ARRANQUE DE VIRUTA:

INTRODUCCIÓN:

Todas las piezas metálicas, excepto las fundidas, en algún momento de su fabricación han estado sometidas a una operación al menos de conformado de metales, y con frecuencia se necesitan varias operaciones diferentes. Así, el acero que se utiliza en la fabricación de tubos para la construcción de sillas se forja, se lamina en caliente varias veces, se lamina en frío hasta transformarlo en chapa, se corta en tiras, se le da en frío la forma tubular, se suelda, se mecaniza en soldadura y, a veces, también se estira en frío. Esto, aparte de todos los tratamientos subsidiarios. La teoría del conformado de metales puede ayudar a determinar la forma de utilizar las máquinas de la manera más eficiente posible, así como a mejorar la productividad.

1.CONFORMACIÓN POR MOLDEADO.

El moldeado o fundición es un procedimiento basado en la fusión de los metales y sus aleaciones. Consiste en la preparación de un molde o hueco, con arena, metal u otros materiales, que reproduce la forma de la pieza.

1.1.Moldeado en arena:

La construcción del molde requiere la preparación previa de una reproducción casi idéntica a la pieza que se desea fabricar llamada modelo.

Las arenas empleadas para moldear, las arenas de uso, pueden dividirse en arenas de moldeo y arenas de relleno o arenas de montón. En lugar de tantas clases de arena, se suele utilizar un solo tipo se arena, que se llama, arena única. Una arena idónea para el moldeo se prepara con mezcla de arena nueva y arena usada -arena vieja- con añadidura de otros aditamentos como agua la mayor parte de las veces. El componente principal de la arena resultante de la descomposición de rocas es cuarzo, anhídrido silícico. El tamaño de los granos está entre 0.02 hasta más de 0.5 mm de diámetro. Solamente cuando cuenta con un buen aglutinante, es la arena idónea para moldeo y se puede conseguir la debida resistencia. Hay arenas que tienen ya por naturaleza suficiente aglutinante, las arenas naturales. Estas contienen hasta un 25% de arcilla, un silicato alumínico hidratado, que puede estar construido de una forma heterogénea y de una composición aproximada Al2O3 2SiO2 2H2O. De las arenas naturales, se distinguen las arenas sintéticas, las cuales se componen preponderantemente de puras arenas cuarzosas naturales que reciben su fuerza aglutinante por adición de sustancias aglutinantes inorgánicas u orgánicas.

1.1.1.Constitución de la arena.

Determinación del contenido de agua:

Se saca una muestra preparada de 20 gramos y se seca a unos 105 hasta 110 ºC en el horno o en un aparato secador, hasta que su peso alcance un valor constante. De la diferencia entre el peso en seco y el peso en húmedo, en relación con el peso en húmedo, resulta el contenido en agua.

Determinación del porcentaje de materiales en polvo y arena:

Por materiales en polvo se entiende la porción de granos de la arena menos de 0.02 mm de diámetro. Se trata preponderantemente de porciones de arcilla aglutinante y de polvo mineral no aglutinante. Estas porciones son separadas de la arena por medio del análisis de sedimentación por vía húmeda. Para ello se hierve una muestra de arena previamente secada y pesada, con lo que se desprende la arcilla de los granos de arena. Por lavado se entiende el retirar el agua enturbiada por el material en polvo, después de que se hayan sedimentado los granos de arena. El hervir y el lavar se repiten con agua limpia hasta que ésta queda clara. Las partes de arena que quedan son sacadas y pesadas de nuevo; dando la porción de cuarzo. La diferencia de ambas pesadas es la cantidad de material en polvo. En las arenas naturales se distingue según el contenido de arcilla, entre arenas gruesas, semigruesas y finas.

Para arenas de uso, las cuales contienen polvo de carbón y otros constituyentes, el procedimiento debe ser modificado algo. El contenido de polvo de carbón se determina por medio de la perdida por recocido. Después de esto se encuentra el porcentaje en arena y materiales de polvo.

Determinación del tamaño del grano:

La determinación el tamaño del grano se realiza en la arena liberada de materias en polvo y secadas. Se emplea para ello la muestra de arena obtenida después del lavado. Se criba durante 12 minutos con 11 mallas de donde resultan los 12 grados de tamaño de grano indicados en el siguiente cuadro:

GRADO

Anchura de los agujeros del tamiz. DIN 1171

Tamaño del grano en mm.

1

3.0

Más de 3.0

2

1.5

Más de 1.5 hasta 3.0

3

1.0

Más de 1.0 hasta 1.5

4

0.6

Más de 0.6 hasta 1.0

5

0.4

Más de 0.4 hasta 1.0

6

0.3

Más de 0.3 hasta 0.4

7

0.2

Más de 0.2 hasta 0.3

8

0.15

Más de 0.15 hasta 0.2

9

0.10

Más de 0.10 hasta 0.15

10

0.075

Más de 0.075 hasta 0.10

11

0.06

Más de 0.06 hasta 0.075

12

-------

Más de 0.02 hasta 0.06 recogidos en el fondo del tamiz.

1.1.2.Colada.

Colada es la operación de vertido del metal liquido en el molde. Hay tres procedimientos básicos de colada:

-Colada directa.

-Colada inferior o de sifón.

-Colada lateral.

La colada se realiza por medio de cucharas de grúa, cucharas manuales, tambores de fundición y calderos o especialmente en caso de metales no férricos, directamente del crisol. Antes del colado, la escoria debe ser retirada del caldero. También, durante la colada debe apartarse la escoria con la barra.

La colada debe hacerse de tal manera que el metal fluya suavemente por las paredes del molde; por eso no se debe colar directamente en el embudo. El caldero debe estar cerca del bebedero y mantenido lo más bajo posible. Es importante mantener siempre lleno el bebedero, de otro modo, escorias y partículas de arena van al molde y se introduce una cierta cantidad de aire. Los gases de fundición originados en la colada, son quemados a la salida.

Además de puede distinguir entre dos tipos de colada diferentes: la colada en húmedo y la colada en seco.

Por colada en húmedo se entiende el fundir en moldes húmedos o verdes, los cuales no son secados antes de la colada, en contraste con los moldes previamente secados de la colada en seco. Los machos son secados casi siempre, con lo cual adquieren mayor resistencia y desprenden menos gases.

La superficie de la fundición es más lisa cuanto más fino sea el grano de la arena. Las piezas mayores se pueden fundir en moldes verdes si se emplea como material de moldeo arenas sintéticas o arena de cemento con adiciones de aglutinante. La ventaja de la colada en húmedo reside especialmente en que puede efectuarse la colada inmediatamente después de sacar el moldeo del molde. No hay gastos de transporte al horno secador, ni gastos de secado y se acelera la circulación de las cajas. La colada en húmedo, es aconsejable adecuada para todos los materiales de fundición.

Las piezas muy grandes y complicadas se funden en moldes secos, colada en seco. Para resistir la presión estática del metal, el molde debe tener suficiente resistencia, lo que consigue por medio de un fuerte apisonado y alto contenido en arcilla aglutinante. Este método de trabajo rebajaría a límites inaccesibles la permeabilidad al gas de los moldes verdes. Por medio del secado del molde sube considerablemente dicha permeabilidad. Al contrario de la colada en húmedo, el molde recibe un recubrimiento de pintura o suavizadores, con lo que se obtiene una fina superficie de fundición. Por eso, la arena puede ser en este caso de grano grueso. Las piezas coladas en seco no son tan exactas de medidas como las piezas de colada en húmedo.

1.2.Moldeado con machos.

1.2.1.Materiales de moldeo de machos.

1.2.1.1.Arenas de machos

Entre arenas de moldeo y arenas de machos no existen diferencias fundamentales. En ciertas ocasiones se emplean arenas de machos de grano grueso. Los machos han de formar los espacios huecos en las piezas de fundición y están sometidos a esfuerzos especiales al estar rodeados de metal por todas partes. Deben soportar la presión de masa fundida y permitir la salida de la elevada cantidad de gas. Además de requiere que sean suficientemente dúctiles para no originar grietas en las piezas fundidas que se contraen.

Los machos que son construidos con arenas naturales tienen, sin embargo, la desventaja que se vuelven muy duros por la alta temperatura de fundición, con lo cual obstaculizan la contracción y dificultan el trabajo de limpieza. Por estos motivos se emplean arenas finas para la fabricación de machos, o arenas cuárcicas o argentíferas, las cuales reciben adiciones de medios aglutinantes, además de barro, arenas de cemento con adiciones de aglutinantes libres de arcilla. Los aglutinantes sintéticos dan a al arena cuárcica la dureza y resistencia necesaria y son destruidos después por el calor de fundición de tal manera que los machos pueden ser retirados de las piezas fundidas sin dificultad.

1.2.1.2.Aglutinantes para la fabricación de machos.

En los aglutinantes para la fabricación de machos, se distinguen tres grupos:

a)Aceites: Existen aceites para machos de origen vegetal y animal. Al secar, el aceite pega los granos de arena por oxidación, polimerización o condensación, con lo cual adquieren los machos una alta resistencia y permeabilidad al gas.

b)Emulsiones: Estas también llamadas aglutinantes húmedos, son mezclas de aceite y pegamentos líquidos, por ejemplo, lejía sulfitica (producto de desecho en la fabricación de celulosa. Las mezclas de arenas para machos con tales aglutinantes tienen buena resistencia al verde.

c)Aglutinantes secos: Están constituidos por pegamento, resina, y material esponjoso. En el comercio se representan como material en polvo. Se añaden también a los machos de arena oleosa para mejorar la resistencia en verde.

1.2.1.3.Método de endurecimiento por ácido carbónico.

Este procedimiento para fabricación de moldes y machos, desarrollado en los últimos años, se basa en añadir a la arena cuárcica pura, una cantidad de silicato sódico como aglutinante. Después del moldeo se insufla en el molde anhídrido carbónico.

1.2.2.Materiales de recubrimiento para moldes y machos.

Los materiales de recubrimiento tienen por objeto:

a) Alisar las superficies del molde y del macho para conseguir una superficie lisa en la pieza fundida.

b) Evitar que se queme el material de moldeo con el metal fundido como consecuencia del desprendimiento de gases del material recubridor.

c) Cerrar los poros finos del molde y, de manera que no pueda penetrar material fundido.

Existen dos tipos de recubrimiento; recubrimiento en polvo (carbón vegetal o grafito, talco, cemento) para moldes verdes, que son espolvoreados sobre el molde y recubrimiento de acuosos (pinturas y suavizadores, una mezcla de grafito y agua con adiciones de polvo de carbón y arcilla) para moldes y machos secos, que se extienden sobre el molde como una pintura.

Especialmente recomendable es la pintura de circonio, altamente resistente al fuego y que se prepara con arena de circonio preparada molida en agua.

1.2.3.Fabricación de machos.

Los machos están totalmente rodeados de metal liquido la mayoría de las veces, por lo que están sometidos a grandes esfuerzos flectores debido especialmente al empuje de esta masa líquida. Por esta razón debe tener la suficiente resistencia recurriéndose para conseguirlo a refuerzos de varios tipos; en los machos grandes se apisonan conjuntamente varillas fundidas. Al mismo tiempo, se le provee además de ganchos, cáncamos y otros elementos para el transporte. Los machos pequeños se refuerzan con alambre o enrejados de alambre.

Es importante preocuparse porque los machos cuenten con una buena salida de gases. Para esto se rellena el interior de los machos grandes con coque, en los pequeños se colocan hilos de cera, que al secarse originan canales de salida.

Los machos se fabrican en las denominadas cajas de machos, las cuales están echas normalmente de madera y pueden ser de una o varias piezas. Para que las cajas ajusten exactamente unas con otras están provistas de ensambles. Los machos con entrantes se forman mediante piezas sueltas, de forma análoga a los modelos. Los machos complicados, están compuestos a menudo de machos aislados que se puedan fabricar más fácilmente, y que se unen por medio de adhesivos, tornillos o ensambles.

1.2.4.Moldeado por machos.

La preparación de machos o noyos exige el empleo de arenas de composición especial, así como el uso de aglutinantes. Además es preciso construir una caja de machos para su moldeado.

Esta caja es un molde, fabricado del mismo material que los modelos que tienen la forma que se desea dar al macho. Si éste es de forma sencilla y regular(cilíndrica, prismática, etc.), la caja es de una sola pieza. El macho se moldea rellenando la caja de arena bien comprimida y se empuja después por un extremo para extraerlo.

Los machos de forma más complicada requieren caja partida y, en consecuencia, moldeado por separado de cada parte. Posteriormente, se unen ambas, acoplándolas con ayuda de las clavijas.

1.3.Moldeado mecánico.

En la moderna producción en serie se constituyen los métodos manuales por el moldeado mecánico, realizado con maquinaria especializada.

Los trabajos que se efectúan repetidamente en el moldeo; apisonado de la arena, así como la separación del molde, se pueden hacer más cómodamente, y con más exactitud y economía con máquinas de moldeo, cuando el número de piezas a fabricar es tan grande que merezca la pena la fabricación de una placa modelo.

La placa modelo es un elemento fundamental del moldeado a máquina. Consiste en una placa de fundición, aluminio u otros materiales resistentes, donde se atornillan los modelos a emplear. A veces los modelos y la placa son de una sola pieza. Las placas modelo llevan los dispositivos de alineación y transporte necesarios para su empleo.

Existen tres tipos de placa modelo: placa modelo simple(si el modelo ha de ser partido, será necesario construir dos placas, una para cada parte); placa modelo de doble cara, y placa modelo reversible.

En la mesa de la máquina de moldeo se atornilla una placa que contiene una placa que contiene una mitad del moldeo. Bebedero, alimentador y tubos son moldeados conjuntamente. Por medio de pasadores de centrado se evita un desplazamiento de las cajas.

El aire comprimido se emplea la mayoría de las veces para realizar el apisonado y efectuar la reparación del molde. Las máquinas de moldeo se clasifican en:

-Máquinas de moldeado por presión: constan especialmente de un cabezal y una mesa

de trabajo. El prensado de la arena puede hacerse por la acción del cabezal, llamado prensado superior; o por la acción de la mesa, llamado prensado inferior. El sistema puede ser manual, electromagnético, hidráulico y neumático.

En las máquinas neumáticas de presión, la mesa con las cajas es comprimida contra la placa de prensado, con lo cual se comprime la arena. La placa de prensado ajusta exactamente en el bastidor de la caja. Tal bastidor se coloca para que la caja esté perfectamente llena después del prensado. En las máquinas más antiguas el prensado se realiza a mano mediante el accionamiento de una palanca.

-Máquinas de moldeado por proyección de arena: estás máquinas proyectan la arena con fuerza sobre las cajas de moldeado, por medio de unas aspas movidas por un motor, siendo innecesario el prensado el prensado de la misma. Esta máquina puede llenar rápidamente cajas de grandes dimensiones; funciona sin ruido y sin vibraciones y su manejo es sencillo. Se emplea, con preferencia para moldear en serie grandes piezas

-Máquinas de moldear por sacudidas: las máquinas de este tipo apisonan la arena para el moldeado en las cajas por medio de sacudidas de la mesa. El sistema motriz suele ser neumático. El aire comprimido penetra en el cilindro cuyo embolo es solidario a la mesa, lo que produce su elevación hasta el nivel de la válvula de escape, cerrando en el instante la válvula de entrada, entonces el émbolo desciende bruscamente y la mesa experimenta una sacudida, reiniciándose inmediatamente el ciclo. Son muy adecuadas para moldear piezas complicadas.

-Máquinas de moldear mixtas: a fin de combinar los efectos del moldeado por presión y por sacudidas, existen máquinas de acción mixta. La primera fase del trabajo es por sacudidas por lo que se obtiene un buen apisonado de las capas de arena junto al molde. La segunda fase, permite el correcto apisonado de las capas superiores de arena por el procedimiento de presión.

-Maquinas para el moldeado mecánico de machos: las más empleadas son las de extrusión y las de soplado neumático. En las primeras, la arena procedente de una tolva se introduce en la caja de machos por medio de un tornillo sin fin.

Las máquinas de soplado tienen la caja de machos acopladas a una tobera, por donde se inyecta arena impulsada por aire comprimido. Algunas de estas máquinas actúan por disparo de aire; es decir el aire a presión contenido en un deposito, se expansiona instantáneamente al abrir una válvula de disparo, que provoca un arrastre súbito de arena, que se comprime en la caja de machos. Por medio de anhídrido carbónico, se endurece el macho moldeado.

Después de comprimir, enrasar la arena y punzonar para facilitar la salida de aire, el modelo es aflojado a mano o mecánicamente por medio de un vibrador. Además, se procura evitar que se pegue la arena al modelo o la placa de modelo espolvoreando el modelo (placa de modelo) con arena molida fina, tiza o polvo de carbón, salpicando la placa de modelo con petróleo o calentándola. Para esta operación se pueden utilizar las siguientes máquinas llamadas máquinas de desmoldeo:

-Máquinas de elevación con pasadores: en este caso cuatro pasadores situados en las esquinas de la caja de moldeo, guían el movimiento de ésta. Accionando una palanca o por medio de aire comprimido, la caja de moldeo se eleva perpendicularmente. Los pasadores son ajustables, de manera que es posible elevar distintos tamaños de cajas.

-Máquinas moldeadoras de penetración: piezas con grandes superficies verticales, no se pueden separar del molde si el modelo no tiene prevista inclinación de desmoldeo. Incluso aunque exista esta inclinación, tales moldes se dañan a menudo al efectuar la separación.. Este inconveniente se evita con el método de penetración o desplazamiento relativo.

En la mesa de la máquina de moldeo se coloca una palanca en la que se ha efectuado un vaciado correspondiendo a la forma exterior de la pieza, por ejemplo, una rueda dentada. Por medio de esta placa pueden extraerse piezas pequeñas de forma marcadamente vertical, pues la arena comprimida está suficientemente apuntalada y no puede desmoronarse. Después de la extracción del modelo pueden levantarse las cajas de modelo.

-Máquinas moldeadoras de placa irreversible. La mesa de la máquina de moldeo está colocada de manera que pueda girar en sentido horizontal. Por eso esto puede se puede fijar una placa de moldeo a cada lado de la mesa, de manera que con una máquina se pueden moldear las cajas inferior y superior. Primeramente se moldea la caja inferior que esta fija sobre la mesa, y la mesa gira después 180º. La placa reversible con caja desciende hasta un carro y la caja es soltada de la placa. La separación se realiza por medio del desplazamiento de la mesa o de la caja. Con el giro anterior de la mesa, la placa del molde de la caja superior fue llevada a la posición de moldeo, de manera que la caja superior puede ser moldeada del mismo modo.

-Máquinas moldeadoras reversibles: en estas máquinas la mesa puede girar alrededor de unas fuertes espigas horizontales. La compresión se realiza por medio de vibración y prensado. Después de esto la columna gira 180º con lo cual la caja de moldeo es soportada por la placa de presión. La separación se realiza por descendimiento de la placa.

Otras máquinas especiales de moldeo:

-Máquinas de moldeo de ruedas dentadas: la fabricación de modelos perfectos de ruedas dentadas para grandes tamaños es cara; el moldeo y la separación originan dificultades crecientes al aumentar los tamaños. Si el modelo ha de utilizarse para sucesivos moldeos, resulta alabeado la mayoría de las veces. Por eso se moldean las grandes ruedas dentadas con plantillas. Las cajas superior e inferior son moldeadas con plantilla en una máquina de moldeo de ruedas dentadas. El diámetro moldeado de la caja inferior es mayor que el diámetro del circulo de cabeza de la rueda dentada. Los vaciados de los dientes son moldeados uno a uno con ayuda de un modelo especial. Este modelo de madera puede desplegarse horizontal y verticalmente sobre cremalleras y deslizadores. Después del moldeo del vaciado del diente, el modelo es extraído del molde, la mesa con la caja de moldeo gira la anchura de un diente sobre disco divisor, después de lo cual se moldea el siguiente vaciado, haciendo descender el moldelo.

-Máquinas de moldeo centrifugadoras de arena: en las máquinas de moldeo se está ligado al tamaño de las cajas. Para la compresión mecánica de la arena en cajas de grandes tamaños, instalan máquinas centrifugadoras de arena. L arena de moldeo preparada es conducida a una cabeza centrifugadora de gran velocidad de giro.

La aleta centrifugadora, toma una parte de la arena que es lanzada al molde por la fuerza centrífuga. La cabeza centrifugadora esta unida a un brazo móvil, con lo cual cada punto de la caja puede ser alcanzado. Con este procedimiento se pueden moldear cajas de los mayores tamaños.

1.4.Fundición a coquilla.

Este procedimiento, consiste en sustituir los moldes de arena en la fundición ordinaria por gravedad, por moldes metálicos. También se puede entender como método de fundición en moldes duraderos que permite la fabricación más racional de piezas de fundición mediante un uso repetido de los moldes, aumentando la exactitud en las medidas y mejorando la naturaleza de la superficie. Al mismo tiempo, resulta también una ventaja del punto de vista de la figura de la estructura y con ello de la resistencia, del limite de fluencia y de la dureza. La fundición en coquilla se aplica especialmente para metales ligeros (Al, Mg) así como aleaciones de metales pesados.

Bajo ciertas condiciones es posible la fabricación en serie de piezas de hierro fundido, por el método de fundición a coquilla. Las piezas están exentas de dureza en los bordes, son compactas, mecanizables, exactas y pueden ser fundidas en serie siempre que se trate de piezas de poco peso, hasta 70 Kg de peso unitario aproximadamente. Se fabrican con este sistema amortiguadores, frenos de aire comprimido, piezas resistentes al aire y al aceite para máquinas frigoríficas, cilindros, piezas para máquinas de escribir, etc.

Las propiedades físicas del aluminio permiten la fundición de piezas muy complicadas, de manera que, aparte de las coquillas en dos partes, también se utilizan moldes múltiples, piezas sueltas, machos compuestos y accesorios para moldeo, además se emplean a menudo machos de arena y machos de masa. Aparte de esto, es posible fundir conjuntamente zonas roscadas.

Como material para el molde se emplea normalmente hierro fundido. Una aplicación de plombagína aísla el material del molde del material fundido. La temperatura de las coquillas debe mantenerse entre 300 y 400ºC. Se ha desarrollado también la fundición en grandes y complicadas coquillas. Piezas de forma complicada alcanzan hoy pesos de más de 40 Kg, y las piezas sencillas hasta 150 Kg. Las piezas fundidas en coquillas encuentran aplicación principalmente en la fabricación de vehículos, maquinas y mecanismos en la electrotécnica.

Las circunstancias en caso del magnesio hacen algo diferente la técnica de la fundición, sobre todo desde el punto de vista de la disposición de bebederos y la técnica de la colada, así como la de los recubrimientos a emplear. Hay que prestar atención a un buen calentamiento y control del calor del calor. La Industria del automóvil es gran consumidora de piezas de magnesio fundido en coquillas.

La fundición en coquilla de metales pesados no férricos es más difícil que la de los metales ligeros. La viscosidad y capacidad de conducción del calor son menores, el enfriamiento es más rápido que en el metal ligero. La disminución del efecto del enfriamiento, se controla mediante el revestimiento del molde. Después de cada colada debe ser renovado el revestimiento aislador, lo que se efectúa por vía húmeda, con lo que se consigue también una refrigeración de la coquilla. Por medio de adiciones de fusión se puede mejorar el aspecto de la superficie. Los tiempos de fabricación son menores que en el caso del metal ligero, la producción, por tanto, mayor. Principalmente son fundidos con este procedimiento latón, bronces de aluminio aleado, así como cobre puro. Se fabrican principalmente grifería así como piezas para la industria cerrajera.

Las partes principales de la coquilla son:

-El cuerpo del molde, que da forma exterior a la pieza; en todos los casos siempre es metálico. Está formado por dos o más partes, según la complejidad de las piezas a obtener.

-Los machos o núcleos, que determinan las cavidades o entrantes de las piezas; éstos pueden ser metálicos o de arena. Los metálicos deben ser de forma ligeramente cónica para facilitar la extracción. A veces los núcleos se construyen en varias piezas.

1.5.Matrices para fundición a presión.

Reciben el nombre de matrices los moldes metálicos utilizados para la fundición a presión. La elevada presión y temperatura que deben resistir exige el empleo de materiales y detalles en su construcción totalmente distintos a los empleados en el moldeo a coquilla.

Constan normalmente de cuatro elementos principales: matriz fija de cubierta, matriz móvil de eyección, placa de eyección, y macho.

-Matriz fija de cubierta: se fija en la, mesa de la prensa. Lleva moldeada una o varias caras exteriores de la pieza a fabricar, pero nunca deben llevar machos o salientes, que deben ir siempre a la matriz móvil, para que la pieza fundida quede agarrada a esta matriz.

-Matriz móvil de eyección: debe ir sujeta a la parte móvil o carro de la máquina. Lleva el saliente principal de la pieza, en el que queda prendida, y del que es extraída por las barras de eyección o expulsión. Lleva también los conductos de colada, las guías de acoplamiento a la matriz de cubierta y los conductos de refrigeración.

-Placa de inyección: contiene los dispositivos de extracción de la pieza. Consta de unos punzones fijos a esta placa que atraviesan la matriz de eyección y empujan la pieza fundida, obligándola a desprenderse del molde.

-Macho: el macho debe separarse una vez que ha cumplido su misión. Hay muchos sistemas. Al terminar la extracción y juntarse las matrices, el macho vuelve a su posición inicial.

1.6.Operaciones de acabado en piezas fundidas.

Las piezas fundidas después de la colada, deben pasar por unas operaciones de acabado para eliminar los restos de arena, rebabas, bebederos y mazarotas adosados: Dichas operaciones son de dos clases: limpieza y desbarbado.

-Limpieza de piezas fundidas:

Tiene por objeto eliminar los restos de arena adheridos a las piezas. Se realiza por proyección de arena o granalla, a presión en cámaras apropiadas, manual o también mecánicamente. Por rotación en un tambor adecuado. La limpieza se verifica por choque mutuo, aunque a veces se añaden pequeñas piezas de fundición que multiplican los efectos de la operación. Por último, puede hacerse por chorro de agua a presión, hasta 160 at, en unas instalaciones de ciclo continuo. El operario dirige la boquilla de proyección desde el interior de la cabina, sobre la pieza situada encima de la plataforma giratoria. El agua arrastra la aren y las partículas metálicas al depósito de decantación para su recuperación posterior.

-Desbarbado de piezas fundidas: La eliminación de las grandes rebabas, bebederos y mazarotas se efectúa con ayuda de aparatos diversos, una vez limpias las piezas.

Para las rebabas se emplean cinceles neumáticos o muelas de disco. Los bebederos y mazarotas se cortan con sierra de disco abrasivo y los restos se eliminan por amolado.

2.FORJADO.

La conformación por deformación plástica aprovecha la capacidad de conformación de deformación de los metales para provocar en ellos desplazamientos de masa, más o menos acusados, según las características del metal y la temperatura de aplicación del proceso. Como consecuencia de ello se produce también la alteración de la estructura interna del metal y la modificación de sus propiedades mecánicas.

Es un procedimiento de conformación por deformación plástica en el que, además de los esfuerzos exteriores, se emplea energía térmica; es decir, es un procedimiento de trabajo en caliente.

La acción combinada de energía mecánica y calorífica provoca cambios muy acusados de sección y crea una macro-estructura fibrosa.

La forja puede ser libre o con estampa. La primera no impone ninguna forma específica a la herramienta; la segunda requiere la construcción de una estampa que reproduce la forma y dimensiones de la pieza a forjar. Los efectos de la forja, son los siguientes:

-Eliminación de defectos internos: el aplastamiento de la masa del metal, produce el aplastamiento de las cavidades internas, cuyas paredes, si no están oxidadas, se unen íntimamente quedando perfectamente soldadas.

De la misma forma, las segregaciones, por defecto de la presión y el calor combinado, resultan disminuidas, mejorando la homogeneidad del material.

-Afinado del grano: depende de la temperatura de trabajo y de la velocidad de deformación. En unos casos se logra la disminuir el tamaño del grano y en otros se logra una mejor disposición de las fibras. En ambos casos mejoran las propiedades mecánicas del metal.

2.1.Forja mecánica:

La conformación por forjado de grandes piezas o el forjado en serie se realiza siempre con la ayuda de las máquinas.

Si el trabajo por deformación es por choque, se llaman martinetes, si es por presión, se llaman prensas. Las diferentes variantes, se exponen a continuación:

De caída.

-Martinete mecánico. De ballesta.

Trabajo por choque. De compresor extern

(Martinete) -Martinete neumático. Auto compresor.

-Martinete de vapor. De simple efecto.

De doble efecto.

-Mecánica Excéntrica.

De fricción.

Trabajo por presión.

-Hidráulica.

2.1.1.Martinete para la forja mecánica:

El martinete, martillo pilón o simplemente martillo trabaja por impacto de una maza, la caída libre o forzada, sobre la pieza a forjar apoyada en un yunque.

La forma de accionar la maza es lo que sirve para diferenciar los martinetes.

1. Martinete mecánico: El sistema de propulsión de la maza es mecánico. Puede ser de caída libre o de ballesta.

-De caída libre: El mecanismo levanta la maza a una altura determinada y en este punto la suelta, cayendo aquélla por su propio peso.

-De ballesta: En este martinete se emplea una ballesta para absorber las reacciones que se producen tras los golpes.

2. Martinete neumático: En el martinete neumático, la maza es solidaria al embolo de un cilindro neumático. Los hay de dos tipos: el auto compresor y el de compresor externo o neumático propiamente dicho.

-Auto compresor: El motor del martinete mueve el mecanismo de biela-manivela de un cilindro compresor; el aire así comprimido pasa al cilindro de utilización a través de las válvulas que controlan la carrera de la maza.

-De compresor externo. El aire comprimido llega al cilindro de trabajo procedente de un compresor independiente. El mando de este cilindro se efectúa por medio de un distribuidor, controlado por una combinación de palancas que maneja el operario. Pueden ser de simple efecto, si únicamente levanta la maza (que después caerá por su propio peso), y de doble efecto, cuando además la impulsa con fuerza en la carrera descendente.

3. Martinete a vapor: Es muy semejante al martinete neumático. Se construye de simple efecto y doble efecto. Los martinetes grandes son de dos montantes y de simple efecto, porque la acción de caída libre de la maza es suficiente para producir el golpe necesario.

2.1.2.Prensa para forja mecánica:

La diferencia fundamental con el martinete estriba en la forma de aplicación de la fuerza deformadora. La maza es sustituida por un carro o corredera que actúa por presión progresiva. Además, la corredera de la prensa está siempre bajo control, cosa que no ocurre con el martinete de caída libre.

La prensa empleada puede ser mecánica o hidráulica.

1.Prensa mecánica. La más utilizada es la de fricción. La prensa de excéntrica tiene aquí escasa importancia; en cambio es muy utilizada para la estampación en frío de la chapa.

En la prensa de fricción, la fuerza de prensado se obtiene a partir de la energía cinética del volante que la transmite a la corredera, unida a él por un husillo. El movimiento alternativo de la máquina lo proporcionan dos discos desplazables, que mueven el volante en uno u otro sentido, según sea el disco que trabaja. La transmisión del movimiento es posible gracias a la fricción de la superficie frontal de los discos con la periferia del volante, que lleva una llanta de material adecuado.

2.Prensa hidráulica. La presión de trabajo es suministrada por uno o más cilindros óleo hidráulicos cuyos émbolos están a la corredera. La carrera de retroceso está asegurada por unos cilindros auxiliares.

Otros órganos de la prensa son las válvulas de mando, las bombas de impulsión del fluido y los acumuladores. Estos últimos son unos dispositivos capaces de contener aceite a alta presión y que actúan como depósitos de reserva de potencia. Casi todos son hidroneumáticos; es decir, la precompresión la realiza un compresor de aire y el aire comprimido, a su vez, comprime el aceite.

3.ESTAMPACION EN CALIENTE.

La estampación en caliente no es más que un forjado mecánico en el que se emplea un molde o estampa para conformar la pieza. Aunque a continuación daré una definición más exacta y más técnica de la estampación en caliente.

La estampación metálica en caliente consiste en someter a un metal, por medio de una prensa o martinete, a un esfuerzo de compresión entre dos moldes de acero denominadas estampas.

Las estampas están formadas por dos piezas, la estampa superior o martillo y la inferior o yunque. La superior se fija en la corredera de la prensa y la inferior en la mesa.

3.1.Sujeción de las estampas y guías.

Si son de pequeña dimensión van provistas de mangos cilíndricos, que se fijan en el porta machos de la corredera de la prensa.

Si son grandes y de forma rectangular se sujetan por medio de colas de milano De cara a centrar y absorber esfuerzos axiales, se disponen de bulones guías.

3.2.Proyecto de una estampa.

1º.-Determinar la preforma:

Definir la porción de material a estampar, que se coloca en la estampa. Asignar dimensiones y forma. Cuanto más se aproxime a la forma de la pieza más fácil será la estampación.

2º.-Distribuir la conformación entre las estampas:

Si la pieza es simétrica se asigna a cada media estampa la conformación de media pieza. Pero si es asimétrica, se distribuye el material favoreciendo su flujo, independiente de la superficie de separación. En el caso de planos inclinados, las fuerzas laterales deben anularse mediante compensación.

3º.-Previsión de salidas de la pieza.

Para facilitar la salida se le da a las paredes de la estampa una inclinación de 5 a 10 grados, que además sirve para facilitar el flujo y llenado.

4º-Previsión de rebabas.

Hay que evitar poner menos material del necesario y excederse, ya que se generan piezas defectuosas y desalineación de las estampas. Esto se evita disponiendo en las estampas de un hueco de rebose de material. Estos huecos se disponen en secciones de fácil rebarbado.

5º-Escalonamiento de la conformación.

Debido a la plasticidad y fluencia, podemos necesitar llenar la estampa en más de una operación. Esto nos obliga a realizar una conformación escalonada.

3.3.Materiales para la construcción de estampas.

Las estampas para estampación en caliente deben poseer:

-Resistencia a la compresión.

-Resistencia al choque.

-Resistencia al desgaste.

-Resistencia a elevadas temperaturas.

(si se va a cortar, también resistencia a la cortadura)

El grado de dureza del trabajo a realizar, marcará la elección del material.

Se emplea fundición para estampar materiales blandos y en series inferiores a 100 piezas.

El material idóneo es el acero al carbono de 0.5 a 0.9 de C, pero es muy caro y se emplea solo con grandes matrices de series cortas. En genera se emplean aceros aleados para la construcción de estampas ya que tienen las siguientes características:

1º. -Se obtiene más resistencia en piezas de gran espesor.

2º. -Se templan en aceite, reduciendo las deformaciones y la deformación de grietas.

3.4.Construcción de estampas.

Se parte de bloques de acero con relación entre sus dimensiones y la pieza a obtener. Como orientación puedo decir:

-Altura del bloque, de 3 a 6 veces la profundidad del hueco.

-Anchura del bloque, de 2 a 3 veces la anchura del hueco.

-Longitud del bloque, longitud de la pieza + 1.5 veces la profundidad del rebajado sumado a cada extremo.

El proceso suele ser:

1º. -Preparación del bloque, acabando la cara superior.

2º. -Trazado en la cara superior del dibujo de la pieza.

3º. -Mecanizado de los huecos. (electro-erosión, fresadora, etc.)

4º. -Acabado de los huecos a mano, con limas, rasquetas o muelas rotativas manuales.

5º. -Taladrado de las estampas para colocar los bulones-guías.

6º. -Tratamiento térmico.

7º.Comprobación de cotas y rectificado.

Por el procedimiento de estampación en caliente, se fabrican gran cantidad de piezas forjadas, con notable precisión y rapidez, quedando listas para las operaciones de mecanizado posterior por arranque de viruta.

4.ESTAMPACIÓN EN FRIO.

Hasta hace relativamente poco era un procedimiento de conformación reservado para los metales dúctiles como el plomo, el estaño, etc., así como para aceros de bajo contenido en carbono para piezas pequeñas. Actualmente es posible estampar en frío aceros aleados bajo ciertas condiciones; éstas consisten básicamente en un recocido previo y una preparación superficial de las superficies. Así mismo, es imprescindible usar prensas hidráulicas, de ciclo de trabajo ampliado, que permiten dosificar al máximo el esfuerzo deformador.

Una estampa endurecida se introduce en una estampa de acero de herramientas recocido por medio de una prensa. Para vencer el rozamiento, la estampa se cobrea y el desplazamiento de la estampa en la superficie rectificada y lubricada con bisulfuro de molibdeno de la matriz se efectúa lentamente. Las prensas de estampación óleo-hidráulicas se pueden regular para velocidades entre 0.002 y 0.02 mm/s para esfuerzos de prensado de hasta 2000 t. Son posibles profundidades de estampación de más de 20 mm. Si debido a la deformación en frío resultase un endurecimiento excesivo de la pieza, ésta debe ser recocida a unos 600ºC y sin estar en contacto con el aire, después de lo cual puede continuar el estampado en el segundo escalón.

4.1.Estampas para la estampación en frío.

Los elementos principales, son, punzones y porta punzones, matrices y porta matrices.

Punzones y porta punzones: Se hace de una sola pieza. Puede disponerse de uno o más punzones ensamblados en una base denominada porta punzones.

Matrices y porta matrices: Se hacen de una sola pieza de acero, de forma tronco cónica, y de sección cuadrada o rectangular. En esta pieza se mecaniza el hueco que exija la estampa.

Los accesorios son: topes y guías.

Topes: La colocación de la chapa metálica sobre la matriz de la estampa de corte y el avance de la chapa a medida que se realiza la estampación, se regula de forma automática y precisa por medio de tope, cuyos tipos principales son: rígidos, de balancín, de corte auxiliar.

Guías: Hay varios tipos; un tipo son las guías chapas, que forman un canal por el que se desliza la banda de la chapa. Otro tipo de guía que hay, es la de punzones, que conduce los punzones largos, evitando la flexión o rotura. Las guías de columnas, son barras cilíndricas fijadas en las matrices, y guían a los punzones para lograr un centrado perfecto. Por último, las guías piloto, son pitones fijados en los punzones, extractores o matrices, y sirven para centrar la chapa ajustándolos a un taladro previo practicado en ella.

Por último, los elementos auxiliares son, extractores y alimentadores.

Extractores: Para evitar el enganche o arrastre de la chapa por parte del punzón durante el retroceso, se emplean distintos dispositivos extractores, situados en el punzón o en la matriz.

Los extractores en punzones extraen la chapa, y además sirven de guías a los punzones evitando su desviación. Los extractores en matrices son en general rígidos. El más sencillo es el de puente sobre la cara cortante, que al mismo tiempo sirve de guía de los punzones y de la banda de chapa.

Otras veces el punzón va en la prensa y la matriz en la corredera, invirtiendo la colocación de extractores. Según esto, diferenciamos dos tipos distintos:

Extractores para embutición y plegado: las piezas tienden a amarrarse a la matriz de la que se expulsan por medio de extractores accionados por muelles, caucho o tacos neumáticos.

Extracción por aire comprimido: las piezas pequeñas se extraen fácilmente de la matriz por acción de un chorro de aire comprimido, que sale por una boquilla colocada debajo.

Alimentadores: Generan el avance de la banda metálica entre cada dos ciclos de trabajo.

Hay dos clases distintas de alimentadores, que son los siguientes:

-De rodillos: Formado por dos parejas de rodillos accionados por un acoplamiento al mecanismo de prensa. La chapa avanza entre ellos al recibir impulsos sincronizados, entre cada dos ciclos.

-Rotativos: Si las piezas están medio conformadas, se emplean alimentadores, formados por un disco horizontal, con dientes adecuados que gira accionado por un acoplamiento al mecanismo de la prensa.

4.2.Estampas para plegar y curvar.

El plegado puede ser múltiple o simple. En el primer caso la chapa se apoya en dos puntos equidistantes del punto de doblado en el que realizamos el esfuerzo hasta completar el ángulo deseado según la forma del punzón. En el segundo caso debemos estudiar los desplazamientos de cada chapa cuidadosamente y disponer la operación de manera que pueda adaptarse libremente a al forma de la matriz, evitando agarres y esfuerzos innecesarios.

El curvado se realiza con estampas similares a las del plegado, pero con forma apropiada. Si la pieza es de forma complicada, podemos dotar a la matriz de mecanismos que actúan automáticamente al prensar. Las anillas, resortes, ganchos... se obtienen con estampas muy similares a las del curvado y doblado.

El plegado en bordes de forma irregular, se realiza con matrices y punzones apropiados. Esta operación es intermedia entre el plegado y el embutido y se denomina plegado-alabeado.

Los plegados múltiples pueden realizarse en una sola operación, por medio de combinaciones entre matrices y punzones con deslizaderas, patines, balancines y otros accesorios.

4.3.Otras operaciones.

Arrollado: Se trata de dar un remate para adornar o reforzar el extremo de una chapa, curvándola con un radio muy pequeño. Si se ha de realizar en el borde de un recipiente cilíndrico se denomina boronado. El diámetro mínimo a que puede enrollarse, depende del espesor y de la calidad del material.

Reducido: Consiste en disminuir el diámetro de una pieza en una parte de su longitud.

Acuñado: Se trata de reproducir un relieve en una pieza por medio de una estampa.

5.LAMINACION.

Es un proceso de forja continua que consiste en modificar una masa metálica haciéndola pasar entre rodillos superpuestos, que giran en sentido inverso.

La laminación se efectúa normalmente en caliente, sin embargo, existe la laminación en frío: Los metales laminados en frío adquieren acritud y deben someterse al recocido final de la operación, e incluso en una tapa intermedia.

5.1.Laminación en caliente.

Laminar, como ya he dicho, es una deformación plástica en la que el material es arrastrado a través de dos cuerpos cilíndricos que giran en sentido contrario. Bajo la acción de las fuerzas de compresión el material a laminar experimenta a través del continuo proceso de recalcado un alargamiento en sentido longitudinal así como un ensanchamiento y con ello una disminución de la sección.

El material de partida para la laminación son lingotes fundidos de sección cuadrangular redonda u oval, así como desbastes con sección rectangular. Los lingotes en bruto son laminados para hacer semi productos y productos terminados. Los desbastes en bruto son laminados para chapas y bandas pasando por llantones.

Pasada se denomina el paso del material a laminar a través de un par de cilindros de laminación. Se distingue pasada plana cuando después de una pasada sigue otra pasada en la misma posición y pasada de canto que es la laminación en sentido del ensanchamiento resultante de la pasada plana. Para esto debe girarse 90º el material a laminar.

Mientras que antes los laminadores se disponían uno al lado de otro -tren de laminación abierto- actualmente los laminadores se colocan en grupos uno detrás de otro. Así se llega al tren continuo. Esta disposición proporciona muchas ventajas especialmente en lo que respecta a acortamiento del tiempo de laminación, enfriamiento uniforme, con lo que las tolerancias pueden ser menores al haber menos variación en las medidas, mayor longitud del material laminado. Las exigidas exactas, la regulación precisa y las velocidades constantes pueden conseguirse por medio de motores de corriente continua.

Los laminadores se denominan de múltiples maneras según el material a laminar o los productos terminados de laminación. Así se distingue: trenes de desbaste pesados, medios y ligeros, trenes de semi productos, de vigas, de carriles, de ataguías, de acero en barras... Según la disposición de los cilindros de laminación se distinguen, tren laminador dúo, reversible, doble, etc.

5.2.Laminación en frío.

De la misma forma que aún son laminadas en caliente planchas sueltas de chapa, el laminado en frío sólo se utiliza actualmente para pequeños tamaños especiales y para la laminación en planchas de aceros aleados, así como para aceros especiales.

Las planchas son laminadas en frío en el dúo y en la zona de salida son devueltas a la posición inicial del cilindro superior; tren dúo irreversible. Con frecuencia, el cilindro superior no tiene accionamiento ninguno.

El trío de Lauth consigue un mejor efecto de estirado, debido al cilindro intermedio de menor diámetro, esto es, por ejemplo, 350 mm frente a los 710 mm de los cilindros superior e inferior. En los laminadores cuarto, dos delgados cilindros de trabajo, están soportados por dos cilindros de apoyo de gran diámetro, 1200 mm, para evitar flexiones del material. En los laminadores cuarto se pueden trabajar con sentidos de giro reversibles. Las chapas de acero anchas y duras son laminadas a veces en laminadores quinto. Estos tienen tres cilindros de trabajo delgados, los cuales están soportados por dos cilindros de mayor diámetro. El modo de trabajar corresponde al de l trío. Los laminadores cuarto y quinto hacen mayores disminuciones por pasada.

Para la laminación en frío de bandas se instalan diversas cajas de laminación. En general, se laminan en cajas cuarto y dúo reversibles, en donde la caja dúo sirve a menudo para desbastar, sin embargo, también se instalan a menudo ese tipo de cajas para relaminar bandas recocidas. También se disponen trenes cuarto de varias cajas, en los que la banda es laminada hasta un espesor de 0.2 mm. Para material fino y duro se emplean a menudo cajas de varios cilindros que pueden tener 12 o 20 cilindros. En estas cajas de muchos, los cilindros de trabajo son muy esbeltos, menos de 4 mm de diámetro. Por la que deben estar convenientemente apoyados en los cilindros mayores.

El diámetro pequeño de los cilindros de trabajo es ventajoso frente a los diámetros grandes pues hace disminuir la fuerza de laminación, consiguiendo mejor alargamiento y, por el contrario, disminuyendo el ensanchamiento. Además, es mayor la exactitud en la anchura de la banda.

En la laminación de bandas, la banda sale de una bobina (desbobinadora) y es rebobinada de nuevo en una segunda bobina (rebobinadora) después de la pasada. Con esta disposición es posible reforzar el proceso de laminación por medio de un fuerte esfuerzo de tracción en la banda, la bobina desbobinadora es frenada, de forma que la banda recibe un esfuerzo de tracción por el lado de entrada (tirón de frenado), y la bobina de rebobinado comunica a la banda igualmente un esfuerzo de tracción en la parte de salida (tirón de bobina.) Con este sistema se puede laminar la banda hasta dimensiones muy pequeñas y muy finas sin recocido intermedio.

Los cilindros de trabajo deben tener una dureza suficiente y el núcleo debe ser tenaz. Normalmente están hechos de acero aleado forjado. Son templados en agua, y después revenidos. La dureza de los cilindros de apoyo se mantiene algo menor que la de los cilindros de trabajo. Los cilindros de trabajo deben ser rectificados, ligeramente bombeados debido a la flexión bajo el influjo del esfuerzo de laminación: Los cilindros de apoyo son cilindros en su mayor parte.

El material de laminación y los cilindros deben estar suficientemente refrigerados, empleándose para ello emulsiones de aceite y agua.

6.EXTRUSION.

La masa dúctil fluye a través de un orificio por medio de un impacto o una fuerte compresión, ocasionada por un émbolo o punzón, para deformar una pieza de sección constante, hueca o no, y cuya longitud depende básicamente de la aportación del material efectuada. Se obtiene perfiles o tubos de sección perfectamente uniforme y excelente acabado. La extrusión puede hacerse en caliente o en frío.

6.1.Extrusión en caliente.

El material se encuentra a una temperatura entre la de fusión y la de cristalización, se comprime fuertemente contra una matriz de forma, fluyendo a través de ella, adquiriendo la forma de la sección recta del orificio de la matriz. Se realiza en prensas generalmente horizontales, accionadas hidráulicamente. La potencia de extruir llega a ser de unos 12.000 Tm.

Procedimientos.

Extrusión directa:

El tocho metálico es colocado en posición el mecanismo de carga junto a un disco de empuje, el punzón introduce el disco y el tocho en el contenedor, comprimiéndose contra la matriz. El tocho se deforma plásticamente y fluye por el orificio.

Después el émbolo retrocede a la posición inicial, donde se le adapta un disco limpiador, entretanto la cizalla o sierra, incorporada a la prensa, separa el material extruído de un residuo o culote, que finalmente será expulsado, junto con los discos de empuje y limpiador por el propio punzón.

Extrusión inversa:

El tocho es colocado en posición por el brazo de carga e introducido en el contenedor por el punzón de carga. Se monta la matriz en le porta matrices situado delante del contenedor y se cambia el punzón de carga por punzón de extruir hueco.

La extrusión se realiza con el punzón hueco comprimiendo el tocho caliente y la matriz contra el disco de empuje, el material fluye hacia atrás, en sentido contrario al avance relativo del punzón. Cuando el contenedor ocupa la posición más adelantada, se corta el culote con una sierra o cizalla.

Después retrocede el contenedor a una posición intermedia y se coloca en la punta del punzón un disco limpiador. Finalmente un nuevo avance del contenedor permitirá la expulsión de la matriz junto con el disco limpiador.

6.2.Extrusión en frió.

Se obliga a una porción del material, colocada en el fondo de la matriz, a deformarse plásticamente, extendiéndose entre las paredes de esta y las del punzón que la comprime. El material debe ser muy dúctil y depresiones de actuación muy elevadas, generalmente aplicadas por impacto, ya que el calor generado favorece la afluencia.

Como se efectúa a temperatura inferior a la de recristalizacìón, el metal adquiere acritud, tanto más acusada cuanto mayor sea la deformación sufrida, traduciéndose en un incremento de dureza y resistencia a la tracción, mientras disminuyen otras propiedades.

Para extrusionar metales resistentes, se emplean prensas mecánicas de fricción y rodillera y prensas hidráulicas. Para metales dúctiles se utilizan prensas horizontales de rodilleras.

Se realiza por flujo directo o extrusión directa y por flujo inverso o extrusión inversa.

Procedimientos.

Extrusión directa.

El punzón entra holgadamente en la matriz, excepto en la zona del cuerpo en la que ajusta perfectamente con ella. Al presionar el material este fluye hacia delante, entre las paredes del punzón y la matriz.

Extrusión inversa.

Es la más empleada. El punzón desciende con fuerza sobre la pastilla de metal depositada en el fondo de la matriz y, al chocar contra ella, el material fluye hacia arriba, en sentido contrario al avance del punzón, llegando a una altura que depende del impacto y del juego de funcionamiento. La pieza extruida permanece agarrada al punzón y es expulsada por un extractor en el retroceso.

7.ESTIRADO Y TREFILADO.

Son dos procedimientos de conformación por deformación plástica casi idénticos que consisten en hacer pasar el material de aportación por una matriz o hilera de forma determinada. La temperatura de trabajo es inferior a la de recristalización.

La diferencia entre ambos procedimientos, estriba en la finalidad perseguida: en el estirado se efectúa la reducción de la sección para obtener formas y dimensiones determinadas; en el trefilado se desea reducir la sección (normalmente circular) al máximo.

Tanto el estirado como el trefilado requieren una serie de condiciones tecnológicas que deben cumplirse inexcusablemente; a saber:

-Escalonamiento adecuado a las reducciones de sección. Por tratarse de un proceso de conformación en frío es preciso vigilar para que no se superen los limites que impone cada material, ya que la acritud adquirida provocaría la rotura de la barra o de los órganos de trabajo.

-Construcción de la matriz o hilera, según las exigencias del trabajo. Esto implica dureza y pulido adecuados, así como un ángulo de entrada correcto.

-Material de aportación de buena calidad. Es decir, libre de defectos internos y con la superficie exterior libre de cascarilla.

-Utilización del lubricante adecuado. Para disminuir el rozamiento entre la matriz y el material, lo que se traduce en un mejor acabado y en una reducción de las solicitaciones de tracción que aquel debe resistir.

7.1. Proceso operativo en el estirado.

A grandes rasgos es el siguiente:

-Decapado del material: Para eliminar la suciedad y los óxidos superficiales se introduce el material en una solución diluida de ácido sulfúrico, o clorhídrico, lavándolo después con agua a presión.

-Estirado. Antes de introducir un extremo de la barra de aportación en la matriz o hilera se afila la punta por martillado rotativo o por torneado.

Después se pasa el extremo afilado a través de la matriz y se engancha al carro móvil del banco de estirar por medio de las tenazas de que dispone.

El estirado se realiza a notable velocidad con las modernas hileras de metal duro.

-Acabado. En el acabado se endereza y pule la barra estirada y se corta el extremo afilado. A veces se la da un recocido final contra acritud, aunque también puede intercalarse entre dos pasadas de estirado.

Por estirado se fabrican barras calibradas de acero y metales no férreos de hasta seis metros de longitud. Los perfiles de formas diversas sirven, con frecuencia, para la obtención de piezas sueltas por troceado transversal de la barra. Los perfiles calibrados hexagonales se emplean en la fabricación de tornillos y tuercas por arranque de viruta.

7.2.Proceso operativo en el trefilado.

Es muy semejante al estirado y tiene por objeto la fabricación de alambre. Comprende las siguientes fases:

-Decapado. Los rollos de fermachine -producto básico para la obtención de alambre- deben limpiarse superficialmente, tal como se hacía en el estirado, o bien por medios mecánicos, haciendo pasar el material por varias poleas que le someten a flexiones muy agudas, lo que ocasiona el desprendimiento de la cascarilla, que es totalmente eliminada por unos cepillos metálicos. Esta operación tiene lugar de forma automática en una maquina descascarilladora.

-Trefilado. Una vez el material esta limpio y bien engrasado, pasa al banco de trefilar. Esta maquina es una unidad autónoma, compuesta por una devanadera donde se coloca el rollo de fermachine, una bobina de arrastre que tira del alambre y lo enrolla convenientemente y la hilera de trefilar por donde pasa el fermachine y se reduce su sección.

Ahora bien, casi nunca se construyen bancos de trefilar simples o de una solo hilera. Lo normal es que estas se agrupen de modo ordenado, de manera que cada una ocasione una deformación mas acusada hasta completar el ciclo de trefilado en una sola maquina o banco.

-Acabado. El alambre así obtenido tiene una elevada acritud. Para mejorar su tenacidad se le somete a un recocido contra acritud en hornos de campana de atmósfera controlada. Este recocido se intercala en el proceso de trefilado si este lo exige.

A veces el alambre sufre un rectificado cuidadoso para eliminar los defectos superficiales y dejarlo a la medida exacta.

Con frecuencia recibe acabado superficial por revestimiento: galvanizado, esmaltado, niquelado, cromado, etc.

El trefilado tiene una enorme importancia industrial. Se trefilan, entre otros acero dulce (de bajo contenido en carbono) para la obtención de toda clase de alambres, los aceros semiduros y duros, los aceros aleados, el cobre, el aluminio, bronce, etc.

8.FABRICACIÓN DE TUBOS METALICOS.

Tubos se fabrican para toda clase de uso, en forma soldada, arrollada y sin soldaduras. Puesto que no todas las dimensiones utilizadas son fabricadas directamente, en tubos soldados y en tubos sin soldadura, se parte muchas veces de un tubo unidad, que pueda ser reducido por alargamiento adquiriendo un diámetro menor y un espesor de pared más reducido, o puede ser ensanchado a un diámetro mayor.

8.1.Tubos abiertos y engrapados.

Son tubos fabricados en frío a partir de la banda de chapa en máquinas perfiladoras los bordes de unión no cierran herméticamente sino que se dejan haciendo contacto a tope o engrapados; en este caso el proceso es algo más laborioso.

Como es natural estos tubos no sirven para el transporte de fluido; sólo tienen aplicación en carpintería metálica.

8.2.Tubos soldados.

Los tubos fabricados en frío partiendo de banda de chapa, pueden soldarse por diversos procedimientos. Tipos de tubos:

-Tubos soldados eléctricamente.

-Tubos soldados oxiacetilénicamente.

-Tubos soldados a tope con boquilla.

-Tubos soldados a tope con rodillos.

-Tubos con costura en espiral. (tubos enrollados)

8.3.Tubos sin soldadura.

Tal como su nombre indica, son tubos sin costura y, en consecuencia, toda su sección recta tiene una calidad homogénea. Son aptos para el transporte de fluidos a presión superior a las 10 atm y a muy altas presiones en algunos casos (tubo hidráulico). Se emplea mucho como material de base en la fabricación de piezas por arranque de virutas.

La fabricación de tubos de acero sin soldadura se realizó por primera vez, según el procedimiento de los hermanos Mannesmann alrededor de 1885, los tubos son fabricados a partir de un lingote laminado por una especial combinación de cilindros. Poco después descubrió Ehrhardt un método de agujereado a prensa. Este y otros métodos similares se utilizan aún en la actualidad. La fabricación de tubos sin soldadura puede dividirse en dos métodos fundamentales: el método de barrenado, y el método de estirado. En el primer método, un lingote macizo redondo es laminado helicoidalmente por dos cilindros con forma cónica que forman entre sí un ángulo agudo y que giran en el mismo sentido. El método de estirado, consiste en coger el lingote perforado y manipularlo según el método de estirado desarrollado conjuntamente con el método de perforación para convertirse en tubo determinado; al método de estirado, pueden seguirle laminaciones posteriores de calibrado, reductora o para ensanchar el diámetro de una vez conseguida la pared delgada.

Hay también otros tipos de tubos sin soldadura:

-Tubos fundidos.

-Tubos mecanizados.

-Fabricación de tubos por medio de rodillos cónicos.

-Tubos sin soldadura fabricados por extrusión.

8.4.Calibrado de tubos.

Los tubos sin soldadura laminados en caliente carecen de la precisión necesaria en muchos casos. Para conseguirla hay que someterlos a un acabado en un banco de estirar o en un laminador de paso de peregrino.

9.TROQUELADO DE CHAPA.

Troquelado es la formación del material por medio de macho y matriz. Los métodos de trabajo se pueden dividir en transformaciones con espesor de corte fijo y transformar con cambio parcial o completo del espesor de l corte.

Plegar es transformar una forma previa o intermedia proporcionando la disposición y formas angulares de longitud variable y ejes de doblado rectos, permaneciendo rectas todas las generatrices de la parte doblada.

Troquelado de forma es transformar formas previas o intermedias por medio de macho y matriz en piezas con acostados doblados, con los ángulos y los ejes de plegado deseados, o elaborar resaltes y cavidades en superficies planas o curvas manteniéndose aproximadamente el mismo espesor de la pieza. Estos trabajos se realizan con troqueles de forma.

Rebordeado con troquel es la transformación de la zona periférica de una pieza para conseguir bordes planos, cónicos o de otra forma cualquiera a voluntad. Como útil se emplean troqueles de rebordear.

Acanalar un troquel es la elaboración de resaltes a lo largo de secciones normales al eje en la parte cilíndrica de cuerpos huecos por efecto de una presión aplicada en la zona superior de la pieza.

Troquelado de repasado es transformar intermedias por medio de un punzón y matriz para la obtención de formas finales de tipo especial, o que presenten bordes afilados o para conseguir exactitud de medidas que no fue conseguida durante los procesos de trabajo anteriores. Para esta operación se utiliza un troquel de impacto.

Troquelado plano es la transformación de formas previas o intermedias en superficies perfectamente planas por medio de las superficies planas, bien para alisar o rugosas del punzón y la matriz.

Arrolar con troquel es transformar formas previas o intermedias con borde inclinado o arqueado de forma que su borde a transformar desliza por la presión sobre él ejercida a lo largo de una moldura hueca aplicada en un punzón. El arrolado se realiza con un troquel de arrolar.

El corte de la chapa por troquel se efectúa con utillaje especial, compuesto esencialmente de una matriz y un punzón que ajusta en ella.

Las partes principales de que consta un troquel cortador son: mango o vástago porta-punzones; placa de freno o de tope de los punzones; placa-porta-punzones; placa guía delos punzones o extractor; banda de material; guías laterales; tope retensor; placa matriz; base o placa porta-matriz; columnas de guía; muelles; tornillos y casquillos de guía.

En un troquel de corte progresivo los punzones entran en acción sucesivamente sobre un punto de la tira de chapa, a medida que ésta avanza a través del troquel.

10.EMBUTIDO EN CHAPA.

El embutido a maquina es una variante del estampado. El embutido de la chapa consiste en darle una forma ahuecada, por deformación de la chapa, tal como vasos, cartuchos, etc., o en general, la forma de una superficie cualquiera no desarrollable. Se efectúa por medio de troqueles o estampas de embutir.

El embutido, según los casos, se puede hacer en frío o en caliente. Cuando se hace en frío, si la superficie se aparta mucho de la forma plana, suele hacerse la embutición en dos o más operaciones sucesivas entre las cuales se da un recocido intermedio para la acritud próxima por la operación anterior. Estas operaciones se realizan en prensas.

En la técnica de troquelado, al estirar se le denomina embutir y consiste en transformar un corte plano en un cuerpo hueco por medio de matriz y macho, en caso necesario, se utiliza también el pison. O transformar un hueco en otro del mismo tipo pero de menor sección sin que disminuya el espesor de pared.

El grado de transformación está determinado por la relación de embutición. Por relación de embutición se entiende en la embutición previa la relación del diámetro del corte al diámetro del macho; y en las embuticiones intermedia y final la relación del diámetro del macho anterior al siguiente.

Embutición previa es la transformación de un corte plano en un cuerpo hueco. La herramienta se llama troquel primero. Antiguamente se llamó a este método de trabajo estirar previo o también preestirado.

Embutición intermedia es la transformación de u cuerpo hueco para disminuir o modificar su sección. Anteriormente se llamaba a este método de trabajo estirado en reestirado o estirado posterior. El útil de embutición intermedia se llama troquel segundo hasta (n-1.) En este caso, n es el numero de todos los troqueles.

Embutición invertida remangada es una embutición intermedia en sentido contrario a la embutición precedente. Como herramienta se tiene el troquel de remangado.

Embutición de acabado es la transformación de u cuerpo hueco para conseguir esa actitud especial o aristas con redondeamientos. Se efectúa con el denominado troquel de acabado.

Embutición por estirado es la transformación de u cuerpo hueco para disminuir su espesor de pared por medio de matriz y macho de embutición. Herramienta: troquel de estriccion.

Embutición interior con matriz y macho de embutir es la transformación del borde de una perforación existente en una pieza de forma que se forme un cuello en el borde de la perforación por efecto de la presión de embutición. Herramienta: troquel de atravesar.

Embutición de estirado interior atravesado es la transformación del borde de una perforación existente en una pieza para formar un cuello con disminución simultanea del espesor del cuello o trasformar un cuello para disminuir su espesor de pared, para lo cual se tiene el troquel de trabajo simultaneo, estriccion y atravesado.

11.PROCEDIMIENTOS DE SOLDADURA

La soldadura es un procedimiento de unión permanente entre los metales, producido con aportación de calor, con o sin presión, y con aportación del metal con o sin ella.

Sus ventajas principales son la estanquidad, la resistencia mecánica, la resistencia a la corrosión y el escaso volumen que ocupa.

-Soldadura blanda y elementos soldantes de este tipo de soldaduras.

Se entiende bajo este nombre la elaboración de una unión con aditivos blandos cuyo punto de fusión esta generalmente por debajo de 450º C y contienen preponderadamente metales pesados de bajo punto de fusión. Los más importantes son los aditivos de estaño. La soldadura blanda es aplicable a metales ligeros y pesados. La resistencia es sólo de 2 hasta 8 Kg./mm2. Por tanto, las soldaduras blandas no pueden soportar ningún tipo de esfuerzos, sin embargo, el cordón de soldadura es muy flexible. La composición y aplicación de la mayoría de los elementos soldantes esta normalizados según DIN 1707 estaño de soldadura y DIN 1730, así como DIN 1732 elementos soldantes de estaño aluminio.

-Soldadura fuerte o dura y elementos soldantes de este tipo de soldaduras.

Por soldadura dura se entiende la elaboración de una unión permanente con elementos soldantes duros cuyo punto de fusión esta entre 500 y 1200º C. Están compuestos de cobre y cinc para acero, cobre, bronce (DIN 1733); elementos soldantes de latón especial, estañadores de argentán con cobre, níquel, cinc, plata, para acero, metales duros, metales pesados y especialmente para metales preciosos (DIN 1734, 1735) así como elementos soldantes de aluminio para aluminio y sus aleaciones (DIN 1732)

La soldadura dura, alcanza resistencia más alta que la blanda. Se aplica cuando los metales no se pueden soldar con aditivos blandos.

Aparte de los elementos soldantes duros normalizados existe una serie de aditivos duros no normalizados y con aplicación para el latón forjado y estampad, para latones especiales, aluminio, magnesio, magnesio argentán, etc. Así como elementos soldantes de alto punto de fusión cuya temperatura de trabajo esta alrededor de 1230º C. La resistencia a la tracción de los elementos soldantes duros es de 10 hasta 54 Kg./mm2.

-Soldadura autógena o soldadura a gas.

La fusión se consigue por medio de acción directa, localmente limitada a un soplete de gas combustible y oxigeno o de gas combustible y aire.

-Soldadura eléctrica por arco, o soldadura a presión por arco voltaico.

El calor resulta de un arco voltaico, que pretende corto tiempo entre las superficies de tope de las piezas. Las piezas son unidas por recalcado a golpe.

La fuente de energía es corriente eléctrica. Este método se emplea muy poco en la práctica.

-Soldadura de fusión por resistencia, o soldadura eléctrica por resistencia.

El flujo fundido resulta por la acción del calor desarrollado por el paso de corriente eléctrica a través de la pieza a soldar o a través de la pieza y de dos electrodos de carbón.

Este procedimiento de soldadura, denominado método de Weibel o de Fesar se lleva a cabo sin presión y se utiliza para soldar chapas finas de metales no férricos de 0.1 hasta 2 mm así como para soldar aceros de hasta 0.8 mm de espesor. Dos electrodos de carbón oblicuos entre sí se desplazan sin acción de presión ninguna a lo largo de los dos cantos de la unión soldada, desarrollándose el calor necesario para la fusión por efecto de la resistencia eléctrica.

-Sistema de gas inerte (sistema WIG y MAG).

1. Sistema de gas inerte o sistema WIG. Un electrodo de volframio o tungsteno sirve para producir el arco; este electrodo se desgasta muy lentamente. El metal de aportación se suministra a mano, igual que se hace al soldar con soplete de gas.

El gas protector se hace salir alrededor del electrodo de tungsteno. Se emplea ordinariamente gas argón que es inerte.

2. Sistema MAG. Este método se difiere del WIG en que el electrodo es la misma varilla de aportación. Esta varilla puede ser de diámetros comprendidos entre 0.8 mm y 2.4 mm; se alimenta automáticamente con una velocidad adecuada.

El gas protector suele ser dióxido de carbono, CO2, que resulta muy barato.

También puede emplearse si se desea, una combinación de varios gases. El gas se hace llegar por la boquilla en el mismo punto de la soldadura.

12.SINTERIZACION.

Se da el nombre de sinterización o pulvimetalurgia, a una técnica específica, que partiendo de polvos metálicos que son prensados en moldes y calentados a temperaturas inferiores al punto de fusión del metal, obtiene diferentes piezas en la forma especificada. Comprende:

1. Obtención del polvo.

2. Técnica de prensado de moldeo.

3. Técnica de sinterización.

12.1.Fabricación de piezas sinterizadas.

-Obtención del polvo.

Como materiales para la elaboración de piezas sinterizadas son aptos polvos de hierro y de metales no férricos con la limitación de metales que formen óxidos de difícil reducción, los cuales se pueden sinterizar sólo bajo condiciones especiales. Por otra parte, también son sinterizados mezclas de metales y materiales no metálicos o mezclas de hierro con otros metales.

Los materiales en polvo han de cumplir ciertas exigencias relativas a su pureza, constitución, volumen aparente, etc.

Los métodos más importantes en la obtención de polvo idóneo son:

1. método de carbonyl.

2. “ “ “ reducción.

3. “ “ electrolítico.

4.” “ de soplado por tobera.

a) El método de Carbonyl es apropiado solamente para la fabricación de polvos de hierro y de níquel. Estos son muy puros y tienen un grano uniforme. De mezclas de polvo de hierro, níquel y cobalto se pueden fabricar imanes permanentes así como piezas moldeadas con propiedades magnéticas especiales.

b) Por reducción de óxidos metálicos o también de mineral de hierro se obtiene un polvo metálico muy esponjoso que se comporta muy bien en el prensado (polvo de Hoegenaes).

c) El método electrolítico es apropiado ante todo para la obtención de polvo de cobre, sin embargo, también el polvo de hierro obtenido según este método se puede prensar bien (polvo HVA).

d) La mayor parte de los polvos metálicos se obtienen según el método de soplado por tobera. Este método ha ganado significación sobre todo para la fabricación económica de polvo de hierro con propiedades especialmente buenas para la técnica de sinterización; recibe el nombre de método de RZ (método de hierro cascarilla)

12.2.Prensado.

En las piezas sinterizadas debe estar garantizada una distribución uniforme de la densidad del polvo prensado, sobre todo en piezas prensadas de difícil moldeo. El polvo agitado no se reparte y concentra uniformemente en todas partes.

Prensado unilateral proporciona una concentración desigual debido al rozamiento interior del polvo, que origina una disminución de presión, en la parte opuesta a la zona en que ésta se ejerce.

En el prensado bilateral, es decir, prensado por la parte superior e inferior, se comprime la masa de polvo uniformemente. Se considera el método de extracción como el más indicado procedimiento de prensado. En la posición de llenado del útil se llena el molde con polvo. La compresión tiene lugar en la posición de prensado, en la que se disponen troqueles móviles para piezas con varios cambios de sección. En la posición de extracción queda liberada la pieza prensada. La presión es normalmente de unas 6 t./cm2

Una mejora de las propiedades del material se consigue por medio del prensado múltiple. Antes de cada prensado se lleva a cabo un proceso de sinterización. Por medio de un calibrado posterior frío pueden obtenerse muy exactas medidas de las piezas.

12.3.Sinterización.

Las piezas prensadas tiene una suficiente resistencia en verde y pueden ser sacadas del molde. Son empaquetadas en cajas de acero o de grafito y recocidas. Las temperaturas de sinterización están por bajo punto de fusión del metal en cuestión. Para polvo de hierro están entre 1100 y 1300º C. La sinterización dura varias horas y se lleva a cabo en hornos calentados eléctricamente y con atmósfera especial para evitar la oxidación.

La resistencia aumenta considerablemente por la sinterización. Todas las piezas sinterizadas tienen unos espacios porosos más o menos grandes, es decir, las piezas obtenidas por metalurgia del polvo no tienen la compacidad de un cuerpo obtenido por fusión, si bien los espacios porosos existentes son cerrados mediante métodos especiales de impregnación.

12.4. Materiales de sinterización.

El tamaño del grano del polvo, es inferior a 0.4 mm, la forma del grano es variada. Del polvo de hierro se pueden hacer piezas por prensado de polvo único de gran porosidad, las cuales esta especialmente indicadas para cojinetes. Los polvos también pueden ser mezclados con plomo o grafito. Un prensado único y de mayor magnitud, aumenta la densidad y resistencia, las piezas fabricadas de esta forma son utilizables para esfuerzos no muy altos. Las piezas de máquina sometidas a esfuerzos mayores se obtienen por doble prensado. Los polvos de hierro para este tipo de piezas son aleados con cobre.

13.ELECTRO-EROSION.

El mecanizado por electro-erosión consiste en la eliminación de partículas de material electro-conductor por la acción de las cargas eléctricas. Estas descargas eléctricas, se producen entre un electro-útil y la pieza sumergidos en un líquido dieléctrico, de forma que se produce un hueco en el material con la forma exacta del electro-útil.

1. Principio físico de funcionamiento. El principio físico en el que se basa el arco eléctrico que salta entre dos polos, conectados a un generador de corriente continua que a través de una resistencia R carga un condensador en paralelo. Cuando la tensión alcanza un determinado valor, se produce la descarga e inmediatamente vuelve a iniciarse el ciclo.

2. Descripción de una máquina de electro erosión. Son máquinas muy precisas. Lo esencial de las mismas son los carros, la cubeta de trabajo, el cabezal, el husillo porta-útiles rotativo el motor de ajuste y la bancada, con todos los dispositivos de generación eléctrica de alta frecuencia. El cuadro de mandos permite controlar el avance, la profundidad, el nivel y la temperatura, etc.

14.MECANIZADO POR ULTRASONIDOS.

Se basa en la acción desgastadora producida por partículas a abrasivas proyectadas por la vibración de un útil metálico que avanza contra la pieza con una pequeña presión, rigurosamente constante.

La vibración es de alta frecuencia y poca amplitud; las partículas abrasivas están contenidas en una mezcla con agua o petróleo y suelen ser de oxido de aluminio o carburo de silicio.

El desgaste interior del útil es importante pero casi nulo lateralmente; la precisión dimensional alcanzable es de 0,005mm.

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