Tecnología Mecánica

Ingenio Técnico Industrial. Tecnología Mecánica. Metales. Metrología. Calibración. Fundición. Soldadura. Estampación. Forja. Forja mecánica. Laminación. Estampación en frío

  • Enviado por: Jujogoa
  • Idioma: castellano
  • País: España España
  • 66 páginas
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ÍNDICE

TEMA

TÍTULO

PÁG

1

METROLOGÍA

2

2

CONTROL DE LAS SUPERFICIES

7

3

TOLERANCIAS Y AJUSTES

9

4

CALIBRACIÓN INDUSTRIAL

11

5

CONFORMADO POR MOLDEO

15

6

HORNOS DE FUSIÓN

18

7

MOLDEO EN ARENA

24

8

MOLDEO A MANO Y A MÁQUINA

29

9

OTROS PROCESOS DE MOLDEO

33

10

MOLDEO EN COQUILLA Y FUNDICIÓN A PRESIÓN

37

11

ACABADO, CONTROL, SEGURIDAD E HIGIENE EN LA FUNDICIÓN

42

12

PROYECTO DE PIEZAS FUNDIDAS

43

13

SINTERIZACIÓN

46

14

FORJA A MANO

48

15

FORJA MECÁNICA. ESTAMPACIÓN EN CALIENTE

51

16

LA EXTRUSIÓN

55

17

ESTAMPACIÓN EN FRÍO

57

18

LAMINACIÓN

61

19

ESTIRADO Y TRFILADO

66

20

SOLDADURA

67

TEMA 1: METROLOGÍA

1.- GENERALIDADES

Medir una magnitud es determinar cuantas veces contiene esta a otra magnitud de la misma especie que tomamos como unidad.

Como hay muchas especies de magnitudes hay también muchas clases de medidas. La ciencia que se ocupa de todas las medidas se denomina metrología, y tiene tantas ramas como especies de magnitudes hay. La rama que se ocupa de las dimensiones es la metrología dimensional, si se ocupa del peso, metrología ponderal, si se ocupa de la electricidad, metrología eléctrica,…

2.- ANTECEDENTES HISTÓRICOS DE LA METROLOGÍA DIMENSIONAL ACTUAL

Se encuentran indicios de mediciones en todas las épocas, por muy antiguas que sean.

Desde el principio de los tiempos el hombre siente la necesidad de concretar lo que posee. Eran unidades que se tomaban del propio cuerpo del que media (pie, pulgada, braza, paso,…).

Pero pronto se sintió la necesidad de un patrón fijo, y así, en el siglo XVII en Francia se adopta la toesa, que se conservaba en un muro del Gran Chatelet de París para que cada uno pudiese controlar su medida.

3.- SISTEMA MÉTRICO

A finales del siglo XVIII la Asamblea Francesa ve como Talleyrand propone un sistema racional de pesos y medidas, que fue aprobado y debía sustituir a todos los sistemas conocidos.

La comisión nombrada por la Asamblea y en la que formaban parte Lagrange, Laplace y Coriolli, propuso adoptar como unidad de longitud la del péndulo que bate segundos a 45º de latitud, pero para no mezclar la unidad de longitud, la Comisión prefiere adoptar como unidad la diezmillonésima parte del cuadrante del meridiano terrestre que pasa por el observatorio de París.

Se encargó que se midiera este meridiano desde Dunkerque, Francia, hasta la montaña de Montjuich de Barcelona. En la medición se utilizó la toesa, resultando la nueva unidad que se denominó metro.

Sin embargo, pronto se reconoció que el meridiano terrestre no podía servir como base fija a la que se pudiese recurrir para ajustar los metros patrones, puesto que para que estos quedasen definidos con un error inferior a una micra había que medir el meridiano con un error de cuarenta metros, un hecho imposible para la época.

Entonces se abandonaba esta primitiva idea y se materializaba el metro definiéndolo como la distancia que separa a 0º las dos superficies terminales da la barra de platino conservada en los archivos.

En 1875 se adopta un sistema internacional de medidas que es firmado por 20 estados y se decide crear:

  • Una oficina internacional de pesos y medidas

  • Creación de un lote de prototipos del metro, en total 30 distribuidos por los diversos países, que eran de una aleación de iridio y platino.

Pero con posterioridad se llegó a adoptar el metro luminoso, en 1960, que se definía como un valor igual a 165076373 longitudes de onda de la raya naranja del kriptón 86 obtenida en el vacío por el salto del nivel energético 2p10 al 5d5 excitado a la temperatura del punto triple del nitrógeno.

4.- LOS SISTEMAS DE MEDIDAS DIMENSIONALES ANGLOSAJONES

Tanto Inglaterra como los Estados Unidos firmaron esa convención y recibieron sus prototipos correspondientes aunque estos no eran obligatorios.

La unidad oficial de la metrología anglosajona es la yarda que tiene aproximadamente 0'9144 metros y es igual a 3 pies o a 36 pulgadas.

El prototipo actual data de 1845 y es una barra de bronce, cuya distancia entre trazos marcados es 0'9143392 metros.

No obstante, la verdadera yarda no es sino 0'914398416 metros.

Hay una tercera yarda denominada industrial, que fija como medida base la pulgada, es decir, la 36ª parte de la yarda, que se toma exactamente como 25'4 mm.

5.- PRÁCTICA DE LA MEDICIÓN

La realización de una medición, es decir, la determinación práctica de las unidades o fracciones de ellas que contiene una dimensión determinada, es una operación en teoría muy fácil, pero muy delicada en la práctica si la medición ha de ser de alta precisión.

En primer lugar hay que contar con inevitables diferencias entre la medida obtenida y la dimensión exacta. Esta diferencia se denomina error. El error total resulta de la suma algebraica de una serie de errores debidos a diferentes causas.

Para llevar a cabo todas las mediciones hay que emplear aparatos más o menos complicados, denominados instrumentos de medida.

6.- ERRORES EN LA MEDICIÓN

Existen tres tipos de errores:

  • Errores debidos a los aparatos de medida

  • Errores debidos al operador que los maneja

  • Errores debidos al ambiente, principalmente, a la temperatura a que tiene lugar la medición

6.1.- ERRORES DE LOS APARATOS DE MEDIDA

Son debidos a las siguientes causas:

  • A defectos de construcción, como pueden ser mala alineación, rectitud, forma y espesor

  • A deformaciones plásticas

  • A defectos de reglaje

  • A desgastes por el uso

  • A excesiva o inadecuada lubricación

  • A envejecimiento natural

6.2.- ERRORES DEBIDOS AL OPERADOR

Son debidos:

  • A las diferencias de presión entre la pieza y los palpadores

  • A la dificultad de apreciar la concordancia exacta entre los trazos del nonius y la regla

  • A lecturas falsas si el operador no mira el índice según la dirección perpendicular a la escala de graduación

  • A deformaciones locales producidas por excesiva presión de contacto

6.3.- ERRORES DEBIDOS AL AMBIENTE

La causa principal es la temperatura, pues las dilataciones que produce influyen en la exactitud de los aparatos de medida, y en las dimensiones de las piezas que se miden.

Para evitar errores en medidas de precisión, es preciso realizarlas a una temperatura de referencia que se ha establecido universalmente en 20ºC.

Para efectuar una correcta medición debe tenerse el elemento 24 horas en el laboratorio.

Los errores debidos a la temperatura son mayores cuanto más alejada se encuentra la temperatura de la de referencia.

Como ejemplo, errores producidos por diferencias de temperatura de 3ºC por arriba o por debajo, falsean las mediciones en unas 36 micras.

La naturaleza del material de la pieza también influye debido a que tienen distintos coeficientes de dilatación. Cuando los instrumentos y las piezas son del mismo material, estos errores pueden compensarse.

Es necesario hacer verificaciones a 20ºC en medidas de precisión, ya que incluso a esa temperatura en un local cerrado puede influir en una lectura de la temperatura el hecho de manejar el objeto con la mano.

Cuando se quiere medir con la aproximación de una micra, las variaciones no deben ser superiores a un grado, e, incluso, tener en cuenta la influencia de las radiaciones solares, luminosas o de calefacción.

Hay que tomar todas las precauciones para evitar todos los errores.

7.- INSTRUMENTOS DE MEDIDA

Son los aparatos que se utilizan para realizar las mediciones.

Según la clase de medición se pueden clasificar en tres grupos:

  • Instrumentos que sirven para medir en sentido estricto (pie de rey, reglas,…)

  • Instrumentos comparadores. No hacen las mediciones, sino que comparan la medición con otra que se toma como patrón (relojes comparadores)

  • Instrumentos de verificación. Se utilizan para comprobar si las dimensiones son exactamente iguales a las marcadas en el instrumento o están entre los límites señalados por este.

8.- CARACTERÍSTICAS DE LOS INSTRUMENTOS DE MEDIDA

La precisión y garantía de las mediciones realizadas con los instrumentos de medida, dependen de sus características específicas que principalmente son:

  • Sensibilidad. Es la relación entre la variación de la indicación y la variación de la magnitud medida. El valor de la sensibilidad depende la amplificación del aparato, que se dividen en tres grupos:

    • Instrumentos sin amplificación

    • Instrumentos cuya amplificación es constante

    • Instrumentos cuya amplificación es variable

  • Sensibilidad a la modificación de un valor. Es un concepto que también se conoce por pereza del instrumento. Es aquella modificación necesaria para que la magnitud pueda ser medida.

  • Error. Es la diferencia que existe entre la magnitud que indica y el valor real.

  • Dispersión. La diferencia entre los valores obtenidos, es una propiedad perjudicial y e preferible un instrumento con menor dispersión aunque tenga errores medios mayores.

  • Alcance de medida. Es el límite inferior y superior que puede medir un instrumento de medida.

TEMA 2: CONTROL DE LAS SUPERFICIES

Para el control de superficies se utilizan los mármoles de verificación, que son construidos en un baño perlítico cuya superficie debe tener una gran precisión. También son usados los mármoles de granito negro, cuya principal ventaja es que no les afecta la temperatura. Se utilizan también las reglas, que se colocan en la superficie y sirven para apreciar si existen rendijas de luz. También se utilizan niveles con burbujas. Para superficies inclinadas se utilizan verificadores y con ellos también se controla el paralelismo de las superficies.

1.- CONTROL DE ESTADOS SUPERFICIALES

Es evidente que hoy en día no solo basta con la concreción de las medidas de una pieza, sino que se necesita estudiar y normalizar los estados superficiales de la pieza mecanizada, sobre todo para poder establecer los ajustes y las tolerancias de la propia pieza, de ahí que surja la microgeometría que estudia los defectos de la superficie, rugosidades y ondulaciones producidas en los procesos de mecanizado de las piezas, las cuales perjudican la precisión y exactitud de las medidas, disminuye los ajustes y producen vibraciones en las máquinas.

Al principio había una mala clasificación porque se utilizaban palabras como basta, fina, alisada,…, para determinar un estado superficial. En 1940 se inició en USA un método que puede permitía relacionar los distintos grados de acabado con las necesidades del montaje y servicio que deben prestar las piezas en base a establecer una serie de requisitos, es decir, hay unas normas superficiales. Y obliga a que una vez determinado el acabado superficial se debe especificar el proceso de mecanizado concreto.

Por lo que atañe, la rugosidad y la ondulación (perjudicial) se produce por un perfil erróneo de la herramienta o por la falta de rigidez de la pieza o en su sujeción. También se debe indicar el grado de acabado superficial comparándolo con una muestra.

2.- FACTORES QUE DEFINEN UN ESTADO SUPERFICIAL

Nos definen de forma precisa como está acabada una superficie mecanizada. Los más importantes son:

  • Rugosidad: irregularidades de la superficie que pueden estar más o menos espaciadas y ser más o menos finas. Se definen como los surcos que producen las herramientas.

  • Ondulación: irregularidades que se pueden producir sobre todo por desviaciones de la máquina o de la pieza en el mecanizado.

  • Dirección o sentido de las estrías: es la dirección u orientación de las estrías.

  • Ancho de estrías: es la separación máxima admisible entre dos surcos.

Lo más importante de estas características es la altura de la rugosidad, que se debe cuantificar y medir por varios métodos.

3.- VALORACIÓN DE LA RUGOSIDAD

'Tecnología Mecánica'

A partir de la observación de una superficie rugosa como la anterior habrá que distinguir las crestas o puntas (H) y fondos o valles (F), la superficie nominal, la superficie real y la superficie media.

La rugosidad podemos especificarla según:

  • La altura máxima entre punta y valle

  • La altura media entre punta y valle

4.- NORMAS SOBRE LOS ACABADOS SUPERFICIALES

NORMAS ASA: Tienen 30 valores. Para altura son 17. Para poder comparar las superficies se establecieron muestras que indicaban los litogrados. Se recomendaba comparar muestras de los mismos materiales o que hayan sido obtenidas por el mismo sistema de mecanizado. Proporcionan un incremento en la seguridad en la relación comercial.

Después han aparecido países que han reducido el número de acabados en torno a 10 o de la A a la K omitiendo la I.

TEMA 3: TOLERANCIAS Y AJUSTES

Una vez comprobada la imposibilidad de construir piezas idénticas cuando se habla de un proceso de mecanizado, introducimos el concepto de tolerancia.

Este concepto es útil cuando se fabrican grandes series, tanto para el montaje en la maquina que se está fabricando, como en el repuesto.

Asumir y fabricar con tolerancias significa un avance en la fabricación de la maquinaria moderna.

1.- TOLERNACIA

La tolerancia es el margen de medidas límite que puede tener una pieza. Si tenemos una cota nominal (C), la tolerancia es la diferencia entre una cota máxima (CM) y una cota mínima (Cm): T = CM - Cm.

Podemos decir que fijar el valor de la tolerancia no es suficiente, sino que tendremos que establecer también los valores de esa tolerancia respecto a la cota nominal y en ese sentido se pueden establecer diversas situaciones:

  • La diferencia que existe entre la cota máxima y la cota nominal se llama diferencia superior (S): S = CM - C.

  • La diferencia que existe entre la cota mínima y la cota nominal se llama diferencia inferior (i): i = Cm - C.

2.- NORMALIZACIÓN DE LA TOLERANCIA

En los países de del sistema métrico se establecieron las normas ISA-3, que dieron origen posteriormente a las ISO. Los valores de las tolerancias ISO vienen expresados en micras (µ). En los países anglosajones también se utilizan fracciones de pulgada.

Las tolerancias ISO se definen por:

  • Calidad: es su valor expresado en micras

  • Posición: es la situación de la tolerancia respecto a la línea de cero o nominal de la pieza.

En el sistema ISO se establecieron 18 calidades: IT01, IT0, IT1, IT2, IT3, IT4, IT5, IT6, IT7, IT8, IT9, IT10, IT11, IT12, IT13, IT14, IT15, IT16. Los valores de cada una de esas calidades van variando.

3.- AJUSTES

Cuando una pieza tiene que encajar en otra, previamente deben conocerse las medidas de ambas. Para simplificar, diremos que son agujeros las piezas que contienen y ejes las contenidas. Si la cota inferior de la pieza que contiene es exactamente igual a la cota exterior de la pieza contenida, el ajuste es perfecto. Pueden darse los siguientes casos:

  • Ajuste con juego o móvil: cuando el diámetro del agujero es mayor que el del eje

    • Juego máximo: Jmax = CM agujero - Cm eje

    • Juego mínimo: Jmin = CM eje - Cm agujero

  • Ajuste con aprieto o fijo: cuando el diámetro del eje es mayor que el del agujero.

  • Ajuste indeterminado: puede ser aprieto o juego

Definimos aprieto máximo (AM) como la diferencia entre la medida máxima del eje y la mínima del agujero, y aprieto mínimo (Am), como la diferencia entre la medida mínima del eje y la máxima del agujero.

4.- REGLAS GENERALES PARA LA ELECCIÓN DE LOS AJUSTES

El proyectista en principio puede dividir en dos partes el problema que plantea la elección del tipo de ajuste, por un lado, fijar los límites del ajuste y por otro, establecer las dimensiones normalizadas de las piezas que van a ajustar.

Para elegir la tolerancia tenemos que conocer como mínimo los siguientes datos:

  • Acabado superficial de la pieza

  • Naturaleza del metal de las piezas

  • La extensión de la superficie en contacto de las piezas

  • Las deformaciones

  • Naturaleza y dirección de los esfuerzos

  • Temperatura (debe tenerse en cuenta la temperatura de referencia, es decir, 20ºC)

  • Lubricación

TEMA 4: CALIBRACIÓN INDUSTRIAL

1.- CALIDAD

La calidad es algo que es consustancial con cualquier actividad. Una empresa será más creíble, más apetecible en la medida que produzca mayor grado de satisfacción al usuario. Cuando este elige un producto o servicio, se deja llevar más por la calidad que por el precio.

Por tal motivo, las empresas se preocupan de detectar los defectos y necesitan de una inspección y de un control de la producción, que por un lado garantiza la seguridad y por otro sirvan para ir mejorando el producto. También sirve para eludir la responsabilidad legal del fabricante en caso de fallo del producto.

La calidad, en el ámbito que sea, suele estar normalizada internacionalmente, no habiendo en ese sentido problemas de definición de calidad. Donde surgen es en la ejecución de los ensayos, por eso es conveniente que la metrología y la calibración de los aparatos esté garantizada.

La operación de calibración consiste en comparar un instrumento de medida o un patrón con otro de referencia, indicando las diferencias entre ambos.

La calibración es necesaria en dos aspectos: preventivo, para garantizar mediante la trazabilidad a patrones reconocidos internacionalmente todos las medidas que se efectúen, y correctivo, para garantizar que todo aparato está dentro de las tolerancias, reparándolo en caso de estar fuera.

2.- TRAZABILIDAD

La trazabilidad es la propiedad del resultado de una medición por la cual ese resultado puede relacionarse o referirse a los patrones de más alto nivel y a través de estos a las unidades fundamentales por medio de una cadena interrumpida de comparaciones.

La cadena de comparaciones tiene que quedar acreditada documentalmente y, además, los instrumentos tienen que controlarse con un plan de calibración.

Cuando no se garantiza la trazabilidad, no podemos decir que exista calibración.

A la hora de establecer un proceso de calibración, no sólo sirve para garantizar la trazabilidad, sino que sirve también para garantizar la incertidumbre del aparato.

Los patrones tienen que tener una trazabilidad entre ellos, y en ese sentido, tiene que existir una autoridad internacional que garantice esos patrones internacionales. Y unos centros nacionales que garanticen los patrones secundarios de todo el país.

Actualmente, existe una red de laboratorios de ensayos que pueden ser privados o públicos, siendo el Centro Español de Metrología el órgano superior del estado. El centro español tiene las siguientes misiones:

  • Conservar los patrones nacionales

  • Tiene la misión de aprobar los instrumentos de comparación y medida

  • La verificación primitiva de aparatos

  • Verificación tras una modificación o reparación

  • Verificación periódica, que puede hacerse en cualquier laboratorio oficial

  • Vigilancia e inspección

3.- PLAN DE CALIBRACIÓN

Es la organización de todos los instrumentos de un laboratorio o centro de medidas y así, poder asegurar la incertidumbre de las medidas que se efectúen en todos los aparatos.

La organización en un laboratorio de metrología debe estar estructurada según el manual de calibración de la Asociación Española de Control de Calibrado, que, como mínimo, debería tener los siguientes apartados:

  • Diagrama de niveles

  • Métodos de calibración para cada aparato

  • Archivo con todos los datos

  • Aparatos con etiquetas

  • Existencia de un diario de calibración

3.1.- DIAGRAMA DE NIVELES

Es el documento que nos indica como a partir de unos equipos que se consideran patrones de un laboratorio y que sirven para garantizar la trazabilidad, se realiza la diseminación interna de dicha trazabilidad o calibración del resto de equipos del laboratorio.

'Tecnología Mecánica'

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  • A: Nº de las casillas correspondientes a los equipos que calibran esa casilla

  • B: Nº de las casillas correspondientes a los equipos que auxilian a calibrar a los equipos de estas casillas

  • C: Nº de casillas de los equipos que esta casilla auxilia

  • D: Nº de casillas de los equipos que calibra esta casilla

  • E: Nº que representa en su primera cifra el nivel de la casilla y en las siguientes el nº de orden en el que está situado dentro del nivel

  • F: Nombre del instrumento

  • G: Nº de veces que hay que calibrar los instrumentos de la casilla con el máximo de un bienio.

3.2.- MÉTODO DE CALIBRACIÓN

Establece todas las actuaciones necesarias para poder decir que hemos calibrado un aparato correctamente.

Hay tantos métodos de calibración como casillas tenga el diagrama de niveles, exceptuando el primer nivel.

Cada método está compuesto por unas instrucciones que conforman el proceso de calibración de ese equipo y de una ficha con las especificaciones técnicas y los datos de calibración. En el proceso tendrán que constar los equipos que vamos a utilizar para esa calibración. Tienen que tener también las indicaciones previas, la comprobación de los distintos órganos, gráficas, tabla de tolerancias y un apartado final en el que se ponga la bibliografía, normas y un anexo.

El proceso se llevará a cabo a una temperatura de 20º C ± 1º C.

3.3.- ARCHIVO

El archivo de datos se hace en una ficha llamada ficha de especificaciones técnicas y de datos de calibración, donde pondremos el número del equipo (6 cifras) con cualquier medio que sea difícil de borrar. Los 3 primeros números son los que aparecen en la casilla y los 3 siguientes corresponden al número de equipo por orden de adquisición. También se pondrá el periodo máximo de calibración, el nombre del equipo, la marca, el modelo, el número de serie, el campo de medida, el grado de calidad que tiene el instrumento, las especificaciones especiales,…

En el reverso de la ficha se indicarán los valores de las calibraciones periódicas y la fecha de cada una de ellas. Esas fichas se archivarán ordenadas según el número que tengan en el diagrama de nivel.

3.4.- ETIQUETA DE CALIBRACIÓN

Todos los equipos tienen que llevarla, si se puede, será una etiqueta adhesiva, si no, se pondrá en el estuche o por puntos, siendo estos de diversos colores y dispuestos dos para el día y otro más separado para el mes.

3.5.- DIARIO DE CALIBRACIÓN

En el diario de calibración están reflejados todos los instrumentos y se especifican las fechas en las que se prevé calibrar y en las que se realizan las calibraciones.

También se reflejan las calibraciones incorrectas.

4.- PERIODO DE CALIBRACIÓN

Es el tiempo que se fija como tope para llevar a cabo la calibración de un equipo.

5.- CONCLUSIONES

Realizar de una forma plena un plan de calibración, llevar a cabo los cálculos de las incertidumbres de cada uno de los equipos y vigilar las tolerancias de fabricación, es el único procedimiento riguroso, en el sentido técnico, para garantizar la precisión de las medidas que se hacen en el centro, reducir errores de medida sistemáticos, establecer el número de medidas a realizar para que la incertidumbre se reduzca a un valor determinado y conocer la evolución de los errores del instrumento en el tiempo.

En resumen, asegurar la trazabilidad de las medidas realizadas mediante la utilización de los patrones primarios, garantizando la legalidad de las mediciones.

TEMA 5: CONFORMACIÓN POR MOLDEO

1.- PROCESOS DE CONFORMADO DE LOS METALES

La obtención de una pieza o un perfil industrial puede hacerse de diversas maneras, aunque algunas veces sólo puede hacerse de una determinada, por lo que el proyectista, a la vista de una pieza, lo primero que tiene que hacer es establecer qué método va a usar para obtenerla.

Los procedimientos de conformado de metales y aleaciones se pueden clasificar en los siguientes grupos:

  • Moldeo: se funde el metal o aleación y después se vierte en un molde que es el que reproduce la forma. También se puede considerar moldeo a la operación de reducir a polvo y después prensarlo a una temperatura determinada pero sin fundir el metal que es el sinterizado.

  • Deformación y corte: se hace a base de golpear o presionar los metales, tanto en caliente como en frío.

  • Soldadura: suele utilizarse como complemento de los anteriores, usándolo como método de unión entre piezas.

  • Arranque de material: es la utilización de herramientas con cuchillas que provocan virutas, en definitiva, consiguiendo la forma deseada. Es un método de elaboración de piezas de perfección.

Existen otros métodos de conformación, pero por sus características se engloban en especiales.

2.- FUNDICIÓN

Es un conjunto de operaciones en las que para dar forma, primero vamos a fundir y después vamos a solidificar en unos moldes apropiados.

El fenómeno es conocido desde hace miles de años, pero en los últimos años, se han desarrollado nuevos métodos aplicables a necesidades completas, normalmente unidas a la consecución de la pieza de forma más rápida, más económica y con mayor precisión de medidas, lo que hace que se necesiten procesos de acabado menos severos.

Las operaciones de fundición son diversas, pero aparecen como fundamentales la fusión, el moldeo y, finalmente, las operaciones de acabado.

En la fusión se pueden utilizar diferentes tipos de hornos y debe estar controlada en unos intervalos de temperatura.

Casi siempre se funden varios metales que tienen distintas temperaturas de fusión y que hay que tener en cuenta.

2.1.- PROCEDIMIENTOS DE FUNDICIÓN

Se clasifican en base a como se lleva a cabo la colada, que es verter el metal fundido en los moldes.

  • Colada por gravedad: el llenado de los moldes se hace por el propio peso del metal fundido. Nos encontramos con varios tipos (moldeo por boquilla, por cáscara, al CO2,…).

  • Colada a presión: se llenan los moldes impulsando el caldo por una presión exterior. Si esta fuerza está producida por la rotación rápida del molde se denomina fundición centrífuga. Pero si se trata de una fuerza exterior de otra clase cualquiera se denomina fundición inyectada.

2.2.- METALES Y ALEACIONES CONFORMADOS POR FUNDICIÓN

Los metales que de forma más frecuente se conforman por fundición son el hierro, cobre, aluminio, magnesio y cinc y, junto con ellos, pueden llevar otros metales aleados. Por consiguiente, si teóricamente se puede moldear cualquier metal, en la práctica no ocurre así, puesto que a éstos se les exige ciertas características:

  • Baja temperatura de fusión

  • Bajo calor latente de fusión

  • Baja tensión superficial

  • Bajo coeficiente de dilatación en estado líquido

  • Bajo coeficiente de dilatación en estado sólido (para reducir el peligro de grietas en el enfriamiento)

  • Alta colabilidad

  • Alta densidad

  • Intervalo de temperatura de solidificación reducido

2.3.- ALEACIONES DE HIERRO PARA MOLDEO

Hay dos clases fundamentales de aleaciones de hierro: aceros y fundiciones que son, fundamentalmente, aleaciones de hierro y carbono. La diferencia de una a otra está en el porcentaje de carbono que contengan. A las fundiciones también se las conoce como hierro colado.

Los aceros hoy día se van consiguiendo cada vez más mediante fundición y utilizando el moldeo.

En cuanto a las fundiciones de hierro, tenemos que tener en cuenta que existen distintos tipos o clases:

  • Ordinarias: formados por hierro, carbono y algún elemento en pequeñas cantidades. Pueden ser blancas (alta dureza, elemento fundamental Fe3C), grises (el elemento más importante es la ferrita) y atruchadas (características intermedias entre las blancas y las grises).

  • Aleadas: formadas, además de por hierro, carbono y las impurezas propias, por otros elementos de aleación para darle unas características determinadas.

  • Especiales: cuando hay una fundición que tiene un tratamiento especial, la englobamos dentro de este grupo (maleables, de grafito,…).

2.4.- ALEACIONES DE COBRE PARA EL MOLDEO

Lo normal es que en la industria se utilice el cobre junto con otros metales, dando lugar a los bronces (Cu + Sn) y latones (Cu + Zn). En cierto modo, todas estas familias que se originan están organizadas mediante normas. La fusión de ellas requiere un proceso muy controlado, puesto que en ellas, las reacciones químicas juegan un papel primordial en el proceso.

Para evitar oxidaciones excesivas, sobre todo en la superficie de los metales, se utilizan unos elementos llamados fundentes.

2.5.- ALEACIONES DE ALUMINIO PARA MOLDEO

El aluminio, desde el punto de vista técnico, inicialmente se empleó poco, sobre todo en estado puro, pero, hoy día, tienen cada vez más importancia las aleaciones denominadas ligeras, que son, precisamente, las que tienen por base al aluminio.

2.6.- ALEACIONES DE MAGNESIO PARA MOLDEO

Aún están todavía por desarrollar este tipo de aleaciones desde el punto de vista de la fabricación industrial, pero si se utiliza con sus aleaciones de aluminio, cinc, magnesio y circonio, con los que forma metales electrón, que si van consiguiendo una penetración industrial importante.

En el proceso de fundición hay que tener en cuenta la elevada afinidad que presenta el magnesio con el oxígeno y, por consiguiente, hay que tomar todas las precauciones para mitigar esta circunstancia.

La fusión se hace utilizando fundentes, que en este caso, crean una película protectora y evitan así la oxidación.

Las aleaciones de magnesio son sometidas a operaciones que tratan de refinar el grano, para mejorar las propiedades mecánicas. Hay diversos procedimientos.

Otro proceso al que son sometidas las aleaciones de magnesio es a una desgasificación. Cuando se refina el grano se utilizan compuestos que facilitan la aparición de masas de gas, por consiguiente, es una operación que habrá que controlar evitando degradaciones en el proceso.

En cuanto a la colada, una vez que el metal está fundido y quieto, no debe agitarse para evitar que puedan incluirse impurezas en él. Suele hacerse una colada directa con el crisol. La colada debe hacerse ininterrumpidamente y, a la vez que se va vertiendo, se la adiciona azufre en polvo, que evita la oxidación del metal en contacto con el aire.

TEMA 6: HORNOS DE FUSIÓN

La fusión de los metales y las aleaciones se lleva a cabo en hornos que se adecuan a los metales, a la cantidad de piezas a moldear, al tipo y tamaño de la empresa que los utiliza.

En estos hornos no sólo se lleva a cabo la fusión de los metales, sino también el control del material, de las composiciones y, por consiguiente, tendrá que disponer del personal y los medios que hagan posibles estas tareas.

Los principales hornos empleados son:

  • Cubilotes

  • Reverbero

  • Rotativos

  • De crisol

  • Eléctricos

1.- CUBILOTES

Los cubilotes son hornos de forma cilíndrica vertical que tienen una envoltura formada por una chapa de acero recubierta por el interior con una capa de material refractario de unos 25 cm. de espesor. El horno se sustenta sobre unos pilares que se denominan pies de sostén.

En el fondo llevan unas compuertas que van a abrirse después de las coladas y por ellas se arrojan al exterior las escorias que se van acumulando.

En el frente y cerca del fondo tienen un agujero denominado piquera de colada para la extracción del metal fundido. Ese agujero da a un canal de chapa recubierto también con material refractario que conduce el metal líquido a las cucharas de colada o al antecrisol.

En la parte posterior del horno hay otro agujero, denominado piquera de escoria o escorial, por el que también se extraen las escorias.

Por encima del plano de la piquera de escorias está el plano de toberas, que es por donde va a entrar el aire para facilitar la combustión. Las toberas están separadas unas de otras regularmente y se sitúan alrededor de todo el cubilote. A veces puede haber dos planos de toberas dispuestos de tal manera, que el aire puede entrar al cubilote por un plano, por el otro o por los dos. Este sistema de doble plano es muy aconsejable, ya que las toberas suelen obstruirse con cierta facilidad.

Por encima del plano de toberas se encuentra la caja de viento, que es un sistema propio de ventiladores de tipo centrífugo encargados de proporcionar el caudal de aire necesario a cada tobera.

Por encima hay una plataforma con una puerta de carga llamada tragante, por donde suministramos al horno todo lo necesario, es decir, la carga de metal y coque que a su vez tendrá una mezcla de fundentes (CaCO3).

En la parte superior nos encontramos una cámara de forma cilíndrica llamada cámara de chispas que suele tener un sombrerete. Esta cámara trata de evitar que salgan partículas sólidas e incandescentes que son arrastradas por los gases al exterior.

El tamaño de los cubilotes puede variar y, dependiendo de él, está su capacidad de producción:

P = 6D2

Donde D = diámetro interior (m) y P = producción (Tm/h).

Estos hornos van refrigerados por agua y es necesaria para evitar el desgaste del material refractario.

La aportación de viento caliente se hace utilizando parte de los gases de la combustión para, una vez que pasan por los ventiladores, ser insuflados nuevamente a una temperatura en torno a los 400º C. Esto conlleva una serie de ventajas que son: facilitar la combustión; ahorro de combustible (que puede ser de calidad inferior); pueden conseguirse temperaturas más altas.

El antecrisol es la zona donde se van vertiendo las coladas. Estos antecrisoles pueden ser fijos o móviles e, incluso, basculantes. Están construidos en chapa de acero recubierta en su interior por material refractario.

1.1.- ENCENDIDO DEL CUBILOTE

Para encender el cubilote se utiliza coque metalúrgico. El proceso de encendido es el siguiente:

  • Se cierran las compuertas de limpieza y se abren las demás.

  • Se coloca la leña en el fondo y, cuando el fuego es sólido, se echa ! del coque.

  • Cuando el color del fuego es rojo cereza, se echa otro ! del coque.

  • Cuando el fuego vuelve a ser de color rojo cereza se le adiciona otro ! del coque.

  • Una vez encendido el coque, se cierran las piqueras y se mira la carga por si hay que adicionar algo.

1.2.- CARGA DEL CUBILOTE

La carga del cubilote no es homogénea, sino que puede tener diversos componentes (chatarra, arrabios,…). La carga de coque depende de la carga metálica, puesto que cada metal necesita más o menos coque. El tamaño de las piezas debe ser, como mucho, ! del diámetro del cubilote. Hay que tener en cuenta que la cantidad de caliza también depende de la cantidad de carga metálica.

1.3.- MARCHA DEL CUBILOTE

A medida que se vayan haciendo sangrías tendremos que ir recargando el horno. Estas quedan espaciadas en torno a una hora y serán más o menos grandes en función de las necesidades. Una vez que no se necesita el horno, no se apaga, sino que se deja mantenido. En el caso en que no se prevean más necesidades próximas, se procede a apagarlo.

Cuando se apaga el horno hay que realizar ciertas operaciones:

  • Eliminar los residuos

  • Regar con agua

  • Separar el coque que no se haya quemado

1.4.- ZONAS DEL CUBILOTE

De arriba abajo:

  • Zona de deshidratación: temperatura baja (< 500º C), la carga se va deshidratando e incrementa su temperatura pero no ocurren transformaciones mayores.

  • Zona de fusión: aquí la temperatura está en torno a los 1200 - 1500º C. El coque está totalmente incandescente y el metal empieza a fundir.

  • Zona de combustión: la temperatura de esta zona se encuentra por encima de los 1500º C. El coque se quema totalmente. Es una zona de máxima temperatura.

  • Zona de crisol: es la parte más baja, donde se recibe el metal fundido en la zona superior.

1.5.- FUNCIONAMIENTO DEL CUBILOTE

Como consecuencia del calor producido por la combustión del coque y el oxígeno del aire se produce dióxido de carbono: C + O2 ! CO2.

El dióxido de carbono que sube de la zona de combustión se encuentra con el coque encendido en la zona de fusión y se reduce según la reacción: CO2 + C ! 2CO.

A la vez que esta reacción, se dan también otras como son la oxidación del silicio y el manganeso e, incluso, de partes del hierro. Estos óxidos de hierro y magnesio reaccionan con la sílice, produciendo silicatos, que, a su vez, reaccionan con la cal y, en cierto modo, van a ser responsables del control adecuado de la fusión y la desulfuración del metal.

2.- HORNO DE REVERBERO

Son un tipo de horno que se utiliza para piezas de gran tamaño. Son más largos que altos. En un extremo tienen el hogar y en el otro la chimenea. Las llamas y todos los productos de combustión van a atravesar el horno, por eso, dando una forma adecuada a la chimenea, el calor se dirige al hogar (solera), haciendo lo mejor posible la fusión de la carga que se va a fundir por un lado al quedar en contacto con la llama y, por otro, por la radiación de calor de la bóveda.

La carga va a ser chatarrilla, chatarra un poco mayor y se suele terminar con un poco de arrabio. El contenido de carbono de toda esa masa no se incrementa, puesto que la carga metálica no tiene contacto directo con el combustible, pero si se producen oxidaciones.

Estos hornos producen una fundición más uniforme, más exacta y, por tanto, más sencilla. Suele durar en torno a las diez horas.

3.- HORNO ROTATIVO

Son una envoltura cilíndrica de acero, recubierta interiormente por material refractario, que termina en dos troncos de cono. En uno disponemos el quemador y, en el otro, la salida de gases, que son aprovechados mediante recuperadores. Este aire nos sirve para conducirlo en el soplado de aire de combustión.

El combustible puede ser gasoil, carbón,…

Se puede decir que estos hornos son hornos de reverbero perfeccionados, puesto que la carga recibe el calor del contacto con la llama y por radiación de la bóveda. También se calienta al ir girando el horno e ir quedando la carga en contacto con las paredes del horno.

La capacidad de estos hornos es muy variada, desde unos 50 Kg. hasta 5 o 6 Tm.

El giro siempre es conseguido de forma mecánica. También puede que no sean rotativos, sino oscilantes.

4.- HORNO DE CRISOLES

Los crisoles son recipientes de arcilla con grafito y otras sustancias. Tienen una tapa y una vez que se cargan y se cierran, se caldea en los denominados hornos de crisoles. Es el procedimiento más antiguo y sencillo para fundir metales que se utiliza actualmente.

Los hornos de crisoles, si bien en su concepción son uniformes, han ido variando tecnológicamente.

La ventaja en este tipo de hornos, que pueden ser fijos o basculantes, es que la carga queda totalmente aislada.

La capacidad suele estar como mucho en 100 Kg.

El crisol hay que sustituirlo cada 20 - 30 sesiones.

5.- HORNOS ELÉCTRICOS

Presentan grandes ventajas respecto a los vistos hasta ahora:

  • Consiguen temperaturas más elevadas (hasta 3500º C), que se pueden conseguir más o menos rápidamente, ya que el incremento de temperatura en función del tiempo es regulable a nuestra voluntad.

  • Es una operación limpia ya que no hay elementos extraños.

  • La atmósfera resultante de la fusión puede ser controlada muy fácilmente, incluso se puede hacer el vacío para evitar las oxidaciones.

  • Los revestimientos no sufren tanto, ya que no hay abrasión como consecuencia de las llamas.

  • Se pueden instalar en un espacio pequeño.

  • Al no haber gases procedentes de la combustión, no contaminan.

5.1.- HORNO ELÉCTRICO POR ARCO

'Tecnología Mecánica'

  • STASSANO: la forma de producirse el arco es entre dos electrodos. Es el que primero se inventó y hoy día carece de virtualidad. Puede ser basculante o fijo.

  • GIROD: el arco se produce a través del electrodo y el baño. La solera tiene que ser conductora.

  • HEROULT: en a bóveda se disponen los electrodos. El arco eléctrico pasa a través del baño para ir al otro electrodo.

Casi siempre se utiliza este último modelo y, además, basculante.

5.2.- HORNO ELÉCTRICO POR INDUCCIÓN

  • Baja frecuencia: el calor se produce por el efecto Joule de la corriente inducida por corriente alterna a través del metal que queremos fundir.

  • Alta frecuencia: el calor lo producen las corrientes de Foucault, ordinariamente consideradas como parásitas, inducidas en el metal, que actúa como núcleo de un selenoide.

  • Hornos electrónicos: el calor se produce por la vibración molecular del cuerpo que se trata de calentar cuando es sometido a un fuerte campo de radiaciones electromagnéticas de muy alta frecuencia.

Los hornos eléctricos por inducción presentan las siguientes cualidades:

  • Buen rendimiento, puesto que el calor se genera en la masa de metal fundido.

  • Las corrientes electromagnéticas producen un movimiento beneficioso, puesto que uniformizan la masa a fundir.

  • El control de la transmisión de temperatura se haga más o menos rápido es muy preciso.

  • Se puede fundir en vacío.

  • Las oxidaciones son muy pequeñas.

5.3.- HORNOS ELÉTRICOS DE RESISTENCIA

'Tecnología Mecánica'

Los hornos eléctricos de crisol son el mismo tipo que vimos, al que se le ha dotado de una serie de varillas de Ni-Cr que van a calentarse cuando pase por ellos una corriente eléctrica. Se limitan a aleaciones de bajo punto de fusión.

Los hornos eléctricos de reverbero se calientan cuando pasa una corriente eléctrica a través de una serie de resistencias de Ni-Cr o de grafito en forma cilíndrica dispuestas en un eje vertical.

Los hornos eléctricos rotativos se calientan cuando pasa una corriente eléctrica a través de una serie de resistencias de Ni-Cr o de grafito en forma cilíndrica dispuestas en un eje horizontal.

TEMA 7: MOLDEO EN ARENA

Preparar un molde que después vamos a llenar con metal fundido es una tarea que necesita una preparación previa de unas reproducciones de la pieza que se llama modelo.

Una vez preparado ese modelo, se colocará en una caja especial, denominada caja de moldeo. Tras ello, se llena de arena especial y se apisona con energía. Después extraemos el modelo y quedando en la arena un hueco que reproduce la forma de la pieza, es decir, el molde. Esa extracción debe estudiarse previamente y hacerse de forma metódica.

Una vez retirado el modelo, podemos verter el metal fundido en el molde a través de unos canales llamados bebederos, llenando el molde por completo.

El siguiente paso sería dejar enfriar el molde hasta que el metal solidifique por completo a temperatura ambiente, momento en el cual deshacemos el molde, quitamos los bebederos, limpiamos la arena adherida a la pieza, eliminamos las rebabas y nos queda la pieza ya dispuesta.

1.- CONSTRUCCIÓN DE LOS MODELOS

Podemos decir que estamos ante una ciencia artística en la que se necesitan conocimientos y amplia experiencia.

El modelo no reproduce la pieza exactamente, lo cual representa un problema.

Los modelos suelen ser mayores que las piezas, ya que el metal fundido, al enfriarse sufre una contracción y, por otro lado, las piezas necesitan de un proceso de mecanizado para estar totalmente acabadas.

Otro de los problemas es que cuando los moldes sean metálicos, se van a producir dos fenómenos de contracción: el de la pieza y el del molde.

También se debe tener claro que existen ciertos límites a la hora de la consecución de las piezas.

Otro aspecto que debemos prever son las salidas de los modelos, de tal modo que sea posible dejar la huella en la arena sin arrastrar esta al extraer el modelo.

2.- MATERIALES EMPLEADOS EN LOS MODELOS

Se suelen utilizar resinas plásticas (por ser resistentes a la abrasión, ligeras y sufrir pequeñas contracciones), maderas, latones, fundiciones,…

3.- CARACTERÍSTICAS DE LAS ARENAS DE MOLDEO

Las arenas silito-aluminosas procedentes de la descomposición de rocas ígneas son las más utilizadas y se llaman tierras de moldeo.

Sus granos están entre 0'1 y 0'3 mm. y, fundamentalmente, están formadas por cuarzo y arcilla, de los cuales se exigen unos porcentajes, aunque puede que tengan otros elementos secundarios.

El cuarzo (SiO2) es el principal componente y, por tanto, su proporción la mayor (80-90%).

La arcilla es un silicato de alúmina hidratado y su porcentaje suele estar en torno al 10%. Se encuentra rodeando a los granos de cuarzo, es decir, actúa de aglutinante.

El porcentaje de humedad de las arenas está en torno al 10%. Esa agua se encuentra, por un lado, formando parte de la propia constitución de la arcilla y, por otro, como agua libre formando parte de una humedad que puede tener o que podemos provocar.

Las arenas de molde naturales tienen entre un 5 y un 7% de humedad.

4.- ENSAYOS DE LAS CARACTERÍSTICAS DE LAS ARENAS DE MOLDEO

  • Determinación de la humedad: se determina por la pérdida de peso de una probeta de arena húmeda después de haberla calentado durante un tiempo determinado. También puede hacerse de una forma más rápida utilizando unos aparatos basados en la capacidad dieléctrica de la arena.

  • Determinación de los porcentajes de sílice y arcilla: se hace mediante un proceso sobre una probeta capaz de diferenciar un elemento y otro.

  • Determinación de la forma de los granos: para ello, los observamos a través de un microscopio.

  • Determinación del tamaño de grano: se realiza haciendo pasar la arena lavada con sosa seca, sin contenido en arcilla, por una serie de once tamices de malla decrecientes. Cada tamiz va a retener una cantidad de arena que nos servirá para concretar el tamaño observando la proporción de arena predominante.

5.- PROPIEDADES DE LAS ARENAS DE MOLDEO

Las propiedades son algo así como la actitud que tiene la arena para el fin al que va destinada. Las propiedades fundamentales son:

  • Plasticidad: capacidad para reproducir los detalles de los modelos. Depende de:

    • Deformabilidad: actitud para cambiar de forma. Depende de los porcentajes de arcilla, de la humedad e, incluso, de la forma del grano.

    • Fluencia: capacidad de transmitir la presión a través de ella.

  • Permeabilidad: es la facilidad para dejarse atravesar por el aire y los gases que se desprenden al realizar la colada. Depende del tamaño y forma de los granos, del contenido en arcilla, de la presión y del porcentaje de humedad.

  • Refractabilidad: es la capacidad para soportar temperaturas elevadas. Depende del tipo de arcilla.

  • Cohesión: capacidad de permanecer los granos unidos entre sí. Depende del porcentaje de arcilla.

6.- ENSAYOS DE LAS PROPIEDADES DE LAS ARENAS DE MOLDEO

  • Deformabilidad: se mide por la disminución de longitud de una probeta de arena después de haberla sometido a un ensayo de compresión hasta su rotura.

  • Fluencia: se mide apisonando el extremo de una probeta sobre la que se deja caer tres veces un pisón. Después de cada impacto se mide con un durómetro.

  • Permeabilidad: se determina con un permeámetro midiendo el volumen de aire, a una presión de 1 gr/cm2, que atraviesa una probeta apisonada en un minuto. También se puede determinar midiendo el tiempo que tarda en atravesar la probeta un determinado volumen de aire.

  • Refractabilidad: se hace mediante aparatos que estiman los valores específicos, como son los

  • Cohesión: se lleva a cabo por ensayos de compresión, tracción, flexión,…

  • Dureza: no es una propiedad característica, pero se suele medir también con un durómetro.

7.- CLASIFICACIÓN DE LAS ARENAS DE MOLDEO

Se pueden tener distintas clasificaciones:

  • Por su origen:

    • Naturales o tierras de moldeo

    • Sintéticas

  • Por la humedad que tengan:

    • Verdes o magras: se emplean para obtener piezas pequeñas. El contenido en arcilla es bajo y la humedad de estas permanece constante.

    • Secas o grasas: se han obtenido a base de un secado controlado para mejorar la permeabilidad.

  • Por su aplicación en el moldeo:

    • De revestimiento o contacto: en contacto con la pieza.

    • De relleno

  • según su utilización:

    • Para molde

    • Para macho

Existen otras clases de arenas que suelen tener aplicaciones muy específicas como pueden ser:

  • Arenas incrustadas: han estado en contacto con el metal y están deterioradas

  • Adobadas: tienen elementos adicionales para cohesionar

  • De carbonato o negras: se les adiciona un pequeño porcentaje (2-3%) de carbón.

  • Al cemento: se les aporta cemento en un porcentaje variable y agua. Se utilizan para obtener piezas muy grandes y exigentes, como pueden ser las hélices de los barcos.

  • Barros: son aquellas con un porcentaje de arcilla muy elevado (hasta un 20%) y otros elementos como cal y óxidos de hierro. Se utilizan para moldear aceros.

8.- ADITIVOS DE LAS ARENAS

Los aditivos normalmente se dividen en dos grupos:

  • Aglutinantes: son sustancias que se mezclan con las arenas destinadas al moldeo de machos y aportan una serie de cualidades o mejoran las ya existentes. Tienen la capacidad de volatilizarse produciendo muy pocos gases, hacen que la arena se desmorone con más facilidad. Los más utilizados son:

    • Aceites: el más usado es el de linaza

    • Dextrinas: se obtienen a partir de la harina de trigo

    • Resinas sintéticas: son derivados plásticos termoestables.

  • Revestimiento: Se emplean dos tipos: para cajas y para machos. Los primeros facilitan la extracción de la pieza y los segundos garantizan el llenado completo de las zonas más complejas. Otras misiones de los revestimientos es evitar adherencias, proteger al ser muy refractarios y, en cierto modo, formar una película protectora al estar situados entre el metal y la arena. Los más usados son los polvos de carbón y los negros líquidos.

TEMA 8: MOLDEO A MANO Y A MÁQUINA

1.- MOLDEO A MANO

Una vez que hemos preparado nuestro modelo y tenemos la arena adecuada en calidad y cantidad, vamos a proceder a la fabricación del molde.

Lo primero que tenemos que hacer es elegir una caja de moldeo adecuada, aunque en realidad no es tal caja, ya que sólo tiene paredes laterales. Suele tener base rectangular o cuadrada. Están provistas de asas para facilitar su manejo y muñones u orejas para poderlas ensamblar entre sí. Estas cajas son las denominadas abiertas, aunque a veces podemos tener cajas con un fondo, en cuyo caso se llaman cerradas. Suelen ser de fundición de hierro, pero también pueden ser de madera, aluminio o acero.

Las cajas deben ser muy robustas ya que han de resistir grandes presiones, sacudidas y vibraciones, por lo que son muy costosas.

Para facilitar la extracción de los moldes se utilizan cajas con charnela o troncocónicas.

2.- PROCESO DE ELABORACIÓN DE UNA PIEZA (UNA POLEA).

Una vez conocida la pieza a elaborar el primer paso es obtener un modelo. En el ejemplo se construyó de madera. Ese modelo no es un fiel reflejo de la pieza, sino que tiene que tener en cuanto al tamaño o forma que haga posible la elaboración de la pieza.

A continuación elegimos la caja de moldeo adecuada. Cogeremos una que quepa holgadamente. A continuación se coloca la caja sobre una tabla de madera o una plancha de fundición, cogemos el modelo y lo dejamos en el interior procurando que esté en el centro con la parte más grande en el inferior.

Puede ocurrir que no tenga caras planas. En ese caso, ¿Cómo situar el modelo dentro de la caja? Utilizaremos piezas accesorias de sujeción denominadas piezas falsas. Una vez que está en posición se le espolvorea con unos polvos de revestimiento.

Después introducimos una capa de arena con la precaución de que sea arena nueva la que queda en contacto con la pieza y el resto de la caja ponemos arena de relleno en capas de 10 en 10 cm (no más).

Se harán tantas capas como sea necesario apisonando cada una de ellas por lo que el número de capas depende de la altura de la pieza. Una vez rellena y compactada la arena se hacen agujerillos de ventilación (se llaman vientos) facilitando la salida de aire y gases.

A continuación se sujeta la caja al tablero y se le da la vuelta entera al conjunto. Por consiguiente cuando retiramos ese tablero nos va a quedar al descubierto la cara plana mayor de la pieza. Se alisa la superficie de la arena de tal forma que quede al mismo nivel la cara del modelo y la superficie de arena y espolvoreamos por toda la cara polvos separadores.

La 2º operación consiste en colocar otra ½ caja sobre el modelo y la llenamos de arena también haciéndolo por capas y apisonando ésta hasta que se llene por completo y se rasa. Conseguido esto se arman ambas con clavijas para evitar movimientos entre ambas. Terminado esto se levanta la caja superior y nos queda otra vez a la vista la base del modelo.

Humedecemos la arena del borde y se inserta una barra en el agujero que lleva el modelo, se golpea el modelo en todas direcciones y se extrae el modelo.

Si por cualquier motivo hubiera un desprendimiento de arena, se repara con arena.

A continuación se practica con una espátula una sección cuadrada en la superficie de la arena de la 1ª caja. Es un canal cuadrado que sirve para alimentar el molde y en la arena de la 2ª caja se practican 2 orificios con 2 tubos de pared delgada y con un diámetro adecuado, empujándolos a través de la arena. Por uno de esos orificios se vierte la colada y el otro sirve de rebosadero.

Una vez que ya se ha hecho esa operación se vuelve a colocar esa 2ª caja de molde sobre la 1ª y se unen con un pasador.

3.- COLADA

Una vez que hemos obtenido el modelo, tenemos que efectuar la colada, que puede hacerse por tres procedimientos: directa, en fuente o en costado.

'Tecnología Mecánica'

  • Directa: se hace llenando el molde por gravedad.

  • En fuente: nos asegura que el metal ocupa todos los huecos. Es más lenta que la directa y también la temperatura del caldo ha de ser mayor. Hay que contar con una cantidad de metal que se va a perder en el tragante.

  • En costado: es bastante utilizado pero existe el problema del gradiente de temperatura.

La temperatura a la que se hace la colada depende del tipo de llenado.

4.- DESMOLDEO

Una vez enfriado el metal suficientemente, se procede a desmoldar la pieza rompiendo la caja, eliminando la arena,… y nos queda la pieza con los bebederos, rebosaderos, sucia de arena,… lista para pasar a la sección de desbarbado y limpieza.

5.- MOLDEO CON MOLDES PARTIDOS Y CAJA INTERMEDIA

En muchas ocasiones la geometría de la pieza obliga a moldearla en dos partes, una en una caja y otra en otra caja siguiendo la misma técnica. A veces es necesario utilizar más cajas, siendo necesario el empleo de cajas intermedias.

6.- MOLDEO CON MACHOS

Cuando la pieza que se ha de fundir tiene partes huecas, tenemos que colocar machos, fabricados con arena especial, para poder conseguirlo. En muchas ocasiones, esos machos de arena se obtienen con cajas específicas.

Cuando los machos presentan cierta complejidad, no basta con situarlos adecuadamente en el molde, sino que hay que sujetarlos con unos apoyos especiales llamados portadas o marcas. Otras veces, es tal la complejidad, que se necesita establecer unos soportes adicionales.

Una vez obtenidos los machos, es necesario someterlos a un proceso denominado estufado, que consiste en meterlos en un horno a una temperatura de unos 200-250ºC durante varias horas. Este proceso sirve para darle resistencia al macho y que no se destruya durante la colada.

7.- MOLDEO MECÁNICO

Cuando tenemos que obtener piezas idénticas en un número considerable, el sistema de obtención manual resulta lento y costoso, por lo que tendremos que abaratarlo y agilizarlo para hacerlo rentable, realizando el proceso por medio de las denominadas máquinas de moldear.

Estas máquinas realizan dos clases de operaciones:

  • Moldeo: llenar las cajas de arena, apisonarla,…

  • Desmoldeo: extraer la pieza del molde

Existen también máquinas que realizan ambas operaciones, que son las denominadas máquinas de moldear completas.

8.- PLACAS MODELO

Los modelos que se destinan al moldeo a máquina se fijan sobre placas de fundición, aunque pueden ser de otro material. Si el modelo es de madera, se atornilla a la placa y, si es metálico, se hace la placa y el modelo en una sola pieza.

'Tecnología Mecánica'

Las placas modelo pueden ser de varios tipos: simple, reversible y doble cara.

  • Simple: llevan el modelo en una sola cara.

  • Reversible: llevan fijada en una cara los dos medios modelos.

  • Doble cara: llevan medio modelo en cada cara de la placa, de forma que las dos mitades completan la configuración de la pieza.

9.- MÁQUINAS

Estas máquinas pueden realizar la operación de desmoldeo por cuatro procedimientos distintos:

  • Por levantamiento: se fija la placa modelo y se levanta la caja

  • Por inversión de la caja de moldeo:

  • Por eclipse: se deja fija la caja y se baja la placa modelo

  • Con peine: se realiza con la ayuda de una placa intermedia

Las prensas para el moldeo por presión puede tener distintos accionamientos: manual (la presión la ejerce el operario), electromagnética (por la acción de un selenoide), hidráulico (un líquido movido por una bomba que le transmite presión), neumático (aire a presión). A veces se perfecciona el prensado mediante una vibración.

La máquina de sacudidas se utiliza para desmoldar y facilita la labor mediante ese movimiento.

TEMA 9: OTROS PROCESOS DE MOLDEO

1.- MOLDEO EN CÁSCARA

El moldeo en cáscara, también conocido como SHELL-MOULDING, se lleva a cabo por un procedimiento curioso.

Se parte mezclando arena con resina para, a continuación, ponerla en contacto con la placa modelo que previamente habremos calentado a una temperatura de 250ºC. La resina que lleva la arena, al quedar en contacto con la placa modelo caliente, va a aglomerar a la arena alrededor de la placa modelo, quedando un molde en forma de cáscara que separaremos del modelo.

En este proceso de moldeo, la arena tiene que estar libre de humedad y tener un alto contenido en sílice (extrasilicosas), ya que aquí, el aglutinante, es la resina.

En este proceso, los modelos deben ser buenos conductores del calor, resistir los cambios de temperatura,…, por lo que se suelen ser de fundición.

Las máquinas utilizadas en el moldeo en cáscara realizan las siguientes operaciones:

  • Calibrar la placa

  • Extender agentes de desmoldeo (siliconas)

  • Colocar la placa modelo sobre un depósito con arena y resina

  • Invertir ese depósito para que caiga la arena

Las ventajas que presenta este proceso son:

  • Las piezas obtenidas son de gran precisión, sobre todo en relación con el moldeo en arena

  • Los moldes son muy ligeros (una décima parte de los del moldeo en arena) y no necesitan caja

  • Los machos son huecos y porosos

  • Las piezas son muy homogéneas

  • Los moldes se consiguen rápido

  • Necesitamos poco espacio

  • Es un proceso que, una vez puesto en marcha, no necesita mano de obra experta

Los inconvenientes de este tipo de moldeo son:

  • Los útiles son caros

  • Los aglutinantes de resina son más caros que la arcilla

  • La placa modelo tiene que ser siempre metálica para ser conductoras y, por tanto, más caras

2.- MOLDEO AL CO2

Es un moldeo que trata de endurecer moldes y machos sin necesidad de aportes de calor. Se emplean arenas extrasilicosas, siendo el aglomerante el silicato sódico hidratado (Na2OSiO2·XH2O). El molde se hace pasar a través de una corriente de CO2, reaccionando este con el silicato sódico y el agua.

Esta reacción da como resultado un carbonato de sodio y un gel de sílice, que es el elemento fundamental como aglutinante de la arena. El silicato sódico es un compuesto y, como tal, está formado por varios elementos: sílice, agua y óxido de sodio.

En este proceso se introducen los desmoronantes, que son unos elementos que facilitan el desmoldeo. Suelen ser melazas, dextrinas, negros minerales,…

Otros elementos que también se adicionan durante este proceso son los aditivos.

Los modelos y las cajas utilizadas pueden ser los mismos que para el moldeo en arena. Es recomendable no utilizar barnices para los modelos, ya que podrían reaccionar con los aglutinantes.

El CO2 se encuentra en estado líquido (licuado) en una botella sometida a presión. Esta presión debe estar regulada a la salida de la botella por un manómetro con un manorreductor para reducir la presión de salida a unos 15 Kg/cm2, que es la recomendada. La salida del gas se produce a través de un sistema con una ventosa de caucho o, en último extremo, introduciendo una aguja. Esa operación dura unos 15-30 segundos, dependiendo del tamaño de la pieza.

No es conveniente pasarse del tiempo recomendado, ya que debilitaríamos la acción aglutinadora del CO2.

Las ventajas de este tipo de moldeo son:

  • Los machos no tienen que estar cocidos ni necesitan ser tan duros

  • Se logra una gran perfección de cotas

  • Es un proceso rápido, sencillo y eficaz

  • Los medios necesarios son baratos

El principal inconveniente de este sistema es que la arena empleada es prácticamente irrecuperable.

3.- MOLDEO A LA CERA PERDIDA

Es el método de moldeo más antiguo que se conoce, ya que los egipcios ya moldeaban con este sistema pero, sobre todo, los romanos van a ser los que lo lleven a su mayor esplendor.

Una idea es que se pueden obtener figuras de cualquier tamaño para cualquier metal y con una tolerancia de cotas del orden de 0'1 mm.

En primer lugar se realiza un modelo en cera que, posteriormente, se recubre con una capa de una mezcla de yeso y arena silicosa. En tercer lugar, y una vez que se ha secado al aire ese modelo y su envoltura, se cuece en el horno, donde esa cera del modelo se desprende, quedándonos el recubrimiento en yeso que, en su interior, tiene el molde.

Actualmente se emplea para obtener piezas de poco tamaño en series que van a quedar con un muy buen acabado superficial y sin necesidad de ser sometidas a un mecanizado posterior.

El proceso actual sería construir un modelo patrón en latón o bronce, teniendo en cuenta que la cera al enfriarse va a sufrir una contracción al igual que el metal y también las dilataciones que sufren los moldes metálicos.

Con ese modelo, se moldea una coquilla en un metal en dos partes que encajen una en otra. Después vamos a colar ese metal y, una vez solidificado se rompe el molde y queda la pieza terminada. También se pueden construir las coquillas en acero.

Una vez construidas las coquillas, se conecta el conducto de alimentación por donde va a entrar la cera fundida procedente de una prensa que la inyecta hasta llenar la coquilla.

Una vez consolidada la cera, se abre la coquilla y desmoldamos.

Cuando las piezas son pequeñas, se hacen varias piezas a la vez en racimos. Estas piezas están conectadas unas con otras por donde entra el metal. Estos racimos se recubren con una mezcla de sílice, arena y yeso son una capa muy fina.

Esos racimos con su capa se introducen en una caja de acero inoxidable que llenamos de una arena provista de un aglutinante que se comprime mediante un sistema vibratorio y, a continuación, se introduce la caja en un horno que suele estar dividido en partes. En la primera se alcanzan los 100 ºC para fundir la cera, que es recogida al caer por unos canalillos. Después se pasa a una segunda parte del horno donde la temperatura asciende hasta los 1000 ºC, donde la arena termina de endurecerse y, a continuación, vertemos el metal en los moldes. Se deja enfriar y la operación termina sin necesidad de mecanizados en las piezas.

4.- MOLDEO MERCAST

Se puede considerar como una variante del moldeo a la cera perdida, donde se obtienen piezas con tolerancias del orden de micras.

El primer paso es la fabricación de modelos patrón y medios moldes metálicos con placa intermedia. El siguiente paso es llenar esa coquilla, que previamente ha sido fijada, con mercurio en lugar de cera. El tercer paso sería introducir los moldes en un baño de acetona a una temperatura inferior a -75 ºC, ya que a esa temperatura el mercurio es sólido. A continuación, sacamos los moldes del baño, les quitamos la placa de acoplamiento y, con cuidado, ponemos en contacto los dos medios moldes de mercurio, que quedarán perfectamente soldados entre sí sin necesidad de ayuda alguna.

Tras ello, sumergimos ese modelo de mercurio en un baño de unas “papillas” cerámicas que, al quedar en contacto con estas, se le van a adherir formando una capa alrededor del modelo.

Por último, calentamos ese modelo recubierto hasta temperatura ambiente, cuando el mercurio es líquido y sale al exterior, quedándonos el recubrimiento que, en su interior, contiene el molde perfecto. Ese molde cerámico se cuece a una temperatura adecuada para endurecerlo.

TEMA 10: MOLDEO EN COQUILLA Y FUNDICIÓN A PRESIÓN

1.- MOLDEO EN COQUILLA

Coquilla es un molde metálico que se utiliza para obtener un gran número de piezas idénticas. Tiene dos partes: el cuerpo del molde que reproduce la pieza y los machos o núcleos, que nos permiten obtener las cavidades o entrantes de las piezas. El cuerpo siempre es metálico y los machos pueden serlo o no.

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El cuerpo metálico más sencillo estaría formado por dos partes denominadas placas. Puede que necesitemos otra placa horizontal denominada pedestal o plantilla, que sirve de soporte y cierra una parte del molde además de impedir los movimientos de las otras placas. Las placas y el pedestal se van a unir mediante clavijas. Si la pieza es compleja puede que se necesiten más placas superpuestas en pisos.

Determinar la composición, la fuerza y el número de placas es técnica e ingenio.

El espesor de las paredes del molde depende del tamaño de la pieza, pero si las hacemos demasiado grande nos vamos a encontrar con una gran inercia térmica, que retrasará el enfriamiento y el calentamiento. El tamaño lógico es que queda comprendido entre 3 y 4 veces el grueso de la pieza, con unos límites por abajo y por arriba (40 mm y 60 mm respectivamente).

1.1.- NÚCLEOS DE LAS COQUILLAS

Son los elementos que van a reproducir las cavidades. Pueden ser metálicos o de arena. En un molde puede haber varios núcleos y, a su vez, puedes ser metálicos o de arena.

Los núcleos metálicos tienen que tener una forma ligeramente cónica para facilitar su extracción. También tienen que tener un cierto juego con relación al asiento del molde porque el núcleo se ha de calentar previamente. Las cabezas de los núcleos suelen tener un saliente que hace de tope, incluso un segundo saliente que hace de ajuste.

Como consecuencia de esto, la forma de los núcleos es muy variada. En las coquillas de gran tamaño, muy complicadas,…, la operación de extraer los núcleos de ellas suele hacerse mecánicamente.

Estos núcleos son de acero semiduro (0'5% C). Cuando los núcleos son de gran tamaño se pueden hacer de fundición e, incluso, pueden ser huecos.

En cualquier caso se les debe de dar una estabilización sometiéndolos a un tratamiento de homogeneización (como un recocido).

Cuando tenemos un núcleo que presenta gran dificultad para hacerlo en metal, cuando el metal con el que se va a construir sea muy frágil al calor (grietas), entonces se usan de arena, vigilando la formación y salida de los gases y el desprendimiento de granos.

Los órganos de maniobra son aquellos que, no siendo partes fundamentales, sirven para apretar, abrir, facilitar el desmoldeo,… Suelen ser pinzas, tornillos, ganchos,…

1.2.- COLADA DE METAL EN COQUILLA

Podemos hacerla de tres formas distintas:

  • Directa: se emplea cuando la altura de la pieza es pequeña. El metal debe dejarse caer suavemente y sobre la pared del molde. Se debe tener la coquilla inclinada para que el metal se deslice.

  • En fuente: se emplea cuando la pieza tiene una sección decreciente o cuando los llenados hay que hacerlos con rapidez.

  • Por el costado: es muy empleada. Es una colada tranquila y se facilita cuando se hace un bebedero inclinado. También se puede hacer un bebedero en sifón o con varios bebederos, llamándose ramificado.

A veces esa operación de colada es más compleja y, a medida que se va llenando el molde, este va cambiando de movimiento.

También se puede poner una bomba en el fondo que succione el metal, haciéndolo llegar con garantías a zonas de difícil acceso.

1.3.- LUBRICACIÓN DE LAS COQUILLAS

Para proteger los moldes de la abrasión del metal fundido y facilitar su paso, se emplean lubricantes, que pueden ser de diversos tipos, empleándose unos u otros dependiendo del tipo de metal o aleación que se cuele.

1.4.- CALENTAMIENTO

Es una solución con la que tratamos de evitar la aparición de grietas en la coquilla calentándola previamente.

1.5.- ENFRIAMINETO DE LOS NÚCLEOS

A veces es aconsejable enfriar los núcleos, para ello se sumergen en agua destilada. La cantidad de agua estará en relación con el tamaño de los núcleos, intentando que esta no hierva.

1.6.- CONDICIONES DE USO DE LAS COQUILLAS

En el proyecto, antes de fabricarse la coquilla, ha de concretarse la manera en la que ha de utilizarse la coquilla a modo de instrucciones de uso.

En ese sentido, hay que dar los siguientes datos:

  • Qué lubricante se debe emplear

  • A qué temperatura se hace la colada

  • A qué temperatura se debe mantener la coquilla

  • A qué velocidad ha de hacerse la colada

  • En que orden se desmolda

  • Cómo han de enfriarse, en su caso, los núcleos.

1.7.- VENTAJAS

  • Se consigue una precisión de cotas muy buena y siempre mejores que en el moldeo en arena

  • Las contracciones son inferiores

  • La inserción de núcleos es mucho más fácil

  • Necesita poco espacio y menos materiales

  • Es más económica para fabricar piezas en cantidades superiores a 500 o 1000 piezas.

2.- FUNDICIÓN A PRESIÓN

La diferencia fundamental respecto a otras fundiciones es que la colada no se hace por gravedad, sino que el metal es inyectado en el molde con una presión que puede imprimirse por un movimiento centrífugo o por una fuerza exterior.

2.1.- PRESIÓN POR FUERZA CENTRÍFUGA

En el caso de utilizar la fuerza centrífuga se llama fundición centrifugada. Consiste en hacer girar el molde alrededor de un eje. De esta forma, el metal irá ocupando la zona externa del molde y llenándose hacia el centro. A veces no de forma total, dando lugar a la formación de cuerpos huecos. La velocidad de giro de los moldes se deduce aplicando una fórmula empírica que parte de la presión que hay en el interior del molde.

Este tipo de fundición presenta las siguientes ventajas:

  • Al aplicar la fuerza centrífuga es como si la fluidez del metal aumentase

  • Se obtienen piezas muy perfectas, sin defectos ni sopladuras

  • Los granos del metal puede ser mayor

Los inconvenientes de la fundición centrifugada son:

  • Si la presión es muy elevada, el molde es muy costoso

  • No podemos moldear todas las aleaciones

2.2.- FUNDICIÓN POR FUERZA EXTERNA

Es la que se consigue inyectando el metal con una presión dentro del molde. Mediante esta fundición se van a conseguir piezas prácticamente sin límites en sus formas, con aristas vivas, con entrantes y salientes,… y, además, no sólo la geometría de la pieza es compleja, sino que la pieza es conseguida sin defectos, sin sobre espesores, limpias,... y esto hace que las propiedades mecánicas sean un 30 o 40% mejores que en otro tipo de fundición.

2.3.- MATRICES

Son los moldes que se utilizan en estas fundiciones. Son siempre metálicos, similares a los utilizados en el moldeo en coquilla, diferenciándose en su mayor robustez.

Las matrices constan de los elementos siguientes:

  • Matriz fija de cubierta. Es un bloque de acero normalmente rectangular que se fija a la mesa de la prensa y el bebedero que lleva incorporado debe coincidir con la bocana por donde entra el metal a presión. Esta matriz puede llevar una o varias caras exteriores de la pieza, pero nunca los machos, que se pondrán siempre en la matriz móvil. Otros elementos son los taladros de acoplamiento y los conductos de refrigeración.

  • Matriz móvil de eyección. Va sujeta, normalmente, al carro que tiene la máquina y es extraída por las barras de eyección. También tiene unos orificios de refrigeración y una serie de canales por donde entra el metal a la zona del molde.

  • Placa de eyección. Es una placa en la que se contienen los dispositivos de extracción por tope.

  • Machos. En este tipo de fundición el macho tiene que liberarse de forma automática de la matriz móvil por las barras de eyección.

Para los bebederos y los conductos puede haber varios sistemas. Puede haber una colada por inyección directa o mediante el empleo de un núcleo deflector, que es lo que se llama colada indirecta. Existe la necesidad de tener un canal por donde evacuar el aire y que, para evitar obstrucciones, tiene unos pozos de desborde donde se depositan las impurezas. Entre la barra de eyección y su alojamiento, existe un hueco por donde también se escapa el aire. La refrigeración necesaria se lleva a cabo por medio de la circulación de agua, teniendo cada matriz los conductos necesarios para tal fin. El agua llegará a la matriz a través de unos conductos flexibles.

Las matrices se elaboran en acero, ya que nos garantiza la resistencia de las presiones que se utilizan y, además, aguantan los esfuerzos de contracción, dilatación y fricción de los metales fundidos. Cuando se utiliza para aleaciones de estaño o plomo, las matrices son de aceros al manganeso.

2.4.- MÁQUINAS PARA LA FUNDICIÓN A PRESIÓN

Estas máquinas tienen que hacer de forma automática una serie de operaciones, como son abrir y cerrar las matrices, inyectar el metal con la presión necesaria, extraer los machos, desmoldar.

Existen dos tipos de máquinas:

  • De cámara caliente: se llaman así porque están situadas en el horno. Por medio de un sistema que se ajusta a la embocadura del bebedero se lleva el metal fundido hasta la matriz para inyectarlo. La inyección puede hacerse por la acción de un émbolo o bien mediante la acción de aire comprimido.

  • De cámara fría: se llama así por estar separada del horno. El metal es conducido hasta la zona de inyección por un transporte específico. La presión se transmite por la acción de un émbolo. Las diversas operaciones están diferenciadas y componen un ciclo de automatismo.

2.5.- ALEACIONES

Normalmente se utilizan aleaciones no férreas, es decir, estaño, aluminio y magnesio por su bajo punto de fusión que facilota la inyección.

2.6.- LAS INSERCIONES

A veces una pieza necesita que una zona de ella tenga una peculiaridad como puede ser mayor dureza, otros constituyentes,…, que se resuelve insertando en el molde piezas con el metal adecuado y, una vez conformada la pieza, queda insertada en ella. Es una operación previa.

2.7.- VENTAJAS E INCONVENIENTES

Ventajas:

  • Obtención de piezas sin defectos

  • Máxima precisión de cotas

  • Piezas que pueden ser destinadas a repuestos

  • Mejora de las cualidades mecánicas de las piezas

  • Costes de producción competitivos para grandes series

Inconvenientes:

  • Matrices muy costosas que necesitan mucho tiempo para estar acabadas

  • El tamaño de las piezas no puede ser muy elevado ya que hay que garantizar una presión uniforme en toda la pieza.

TEMA 11: ACABADO, CONTROL, SEGURIDAD E HIGIENE EN LA FUNDICIÓN

1.- OPERACIONES FUNDAMENTALES DE LIMPIEZA Y DESBARBADO

Las operaciones de limpieza pueden ser realizadas por diversos métodos:

  • Chorros abrasivos: chorros de arena a presión sobre la superficie de la pieza. Es una solución buena pero tiene sus contratiempos (la arena se fragmenta, hay que reponerla, es peligroso) y a veces se sustituye la arena por otro material como granalla de acero o fundición.

  • Tambor: se introducen las piezas en un recipiente de forma cilíndrica en el que giran las piezas y se produce la limpieza por el roce de unas piezas con otras. Es un sistema que limpia y facilita el desbarbado.

  • Agua: se proyecta agua con violencia sobre las piezas (p=100kg/cm2) dispuestas sobre una plataforma que suele girar para que el agua incida en todas o la mayoría de las superficies de las piezas. El agua es recogida en un desagüe que la llevará a unos filtros para su posterior reutilización. Es un procedimiento sencillo y eficaz.

El desbarbado es un proceso mediante el cual se eliminan rebabas, bebederos, rebosaderos,… Para desbarbar se utilizan sierras, martillos neumáticos, esmeriladoras, cincel, martillo, cortafríos, soplete,…

2.- OPERACIONES DE CONTROL

El control comienza con la concreción de cómo se ha de utilizar la materia prima que se utiliza y termina con la garantía del producto que se fabrica. Se puede dividir en tres grupos:

  • Control de la materia prima: hay que garantizar las aleaciones de los metales, de las arenas, y de los productos auxiliares. Con los metales hay que hacer ensayos para ver si se ajustan o no a la calidad especificada. En las arenas se hacen sobre arenas nuevas recién recibidas.

  • Control de las operaciones de fundición: hay que realizar controles habitualmente para garantizar que el proceso se hace de forma adecuada.

  • Control de la pieza fabricada: hay diversos controles: inspección ocular, control dimensional, de peso. Hay que determinar y concretar si las propiedades que se esperan de las piezas realmente las tienen

3.- SEGURIDAD

Hay que establecer el uso de aquellos utensilios que den seguridad al operario (gafas, guantes, botas, monos, EPI,…).

Rodear las instalaciones de todos aquellos elementos que las hagan exentas de riesgos (limpieza,…).

TEMA 12: PROYECTO DE PIEZAS FUNDIDAS

Hoy día se puede afrontar la idea de obtener una pieza por difícil que parezca en un proyecto de fundición. El procedimiento, los materiales a emplear,…, irán condicionando una resolución adecuada, siempre con la idea de llevar a cabo una fabricación segura y económica.

Para ello hay que conocer las características tecnológicas, puesto que de su conocimiento resultará una fundición lo más eficaz posible.

1.- CARACTERÍSTICAS TECNOLÓGICAS

Las dos características tecnológicas que debe tener en cuenta el técnico al proyectar piezas para ser confeccionadas por fundición son:

  • Colabilidad: es una aptitud de un metal para ser conformado por moldeo, es decir, aptitud para llenar el molde. Es conveniente antes de concretar la pieza averiguar mediante un ensayo la colabilidad del metal con el que hay que fabricar la pieza. Teniendo en cuenta que el ensayo hay que hacerlo a una temperatura adecuada. La colabilidad depende del tipo de metal o aleación, teniendo en cuenta si se trata o no de una aleación eutéctica, ya que en estas sus constituyentes se enfrían a la misma temperatura. Este tipo de aleación tiene sus ventajas respecto a las que no lo son. Hay que establecer un límite de la colabilidad a la hora del ensayo y fabricación de la pieza.

  • Contracciones: son las situaciones por las que se disminuye el volumen de un metal o aleación al pasar de estado líquido a sólido. Se lleva a cabo en tres fases:

    • Reducción de volumen desde la temperatura de colada hasta que se llega a la temperatura de solidificación. Depende del coeficiente de dilatación en estado líquido del metal.

    • Abarca desde que empieza la solidificación hasta que solidifica.

    • Es en la que se consigue llegar a una temperatura de reposo, es decir, a temperatura ambiente.

2.- RECHUPES

Son cavidades de cierto tamaño que se producen al disminuir el volumen por las contracciones que se producen en el metal en el momento de la solidificación. Hay más posibilidades de rechupes donde mayor espesor tiene la pieza, es decir, donde más concentración de metal exista. Estas zonas se suelen llamar puntos calientes, ya que tardan más en enfriarse.

El rechupe puede ser en la parte interna o en la parte externa.

Los procedimientos para evitar este fenómeno son diversos:

  • Evitar esos puntos calientes: hay un sistema por el cual se puede reducir el riesgo, que es el método de los círculos de Eubers. El aumento de masa se valora y resulta proporcional a la relación de los cuadrados de los radios.

  • Prever mazarotas: una mazarota es una reserva de metal que ponemos en un sitio adecuado para que, en caso de producirse el rechupe, utilizar ese metal y evitar el rechupe.

  • Colocar enfriadores: es un dispositivo que absorbe el calor de un punto caliente. Se usa cuando no se puede recurrir a mazarotas. Son bloques metálicos de aluminio o cobre que se ponen en contacto con la parte externa de la pieza para que absorba calor.

3.- GRIETAS

Se producen como consecuencia de la desigualdad de los enfriamientos en las distintas partes de las piezas o porque hay un enfriamiento demasiado rápido, teniendo en cuenta que hay aleaciones en las que el riesgo de que se produzcan es mayor debido a que tienen un intervalo de solidificación muy amplio, siendo las eutécticas las que menos problemas presentan.

Las zonas más propensas son donde hay un cambio en la geometría de la pieza (ángulo, nervio,…) y en las zonas de cambio de dirección y de sección.

Las formas de reducir el riesgo o evitarlo son diversas:

  • Reforzando y redondeando los ángulos entrantes

  • Poniendo pequeños nervios de refuerzo en esas zonas

  • Poniendo un enfriador

4.- NORMAS SOBRE EL GROSOR DE LAS PAREDES

Tienen que tener un espesor mínimo que depende del tipo de material y del tamaño de la pieza. Si “l” es el largo y “a” el ancho, el coeficiente superficial sería igual a: C = (l+a)/2.

A veces, para aumentar la rigidez de la pieza, se sitúa una placa intermedia y unas nervaduras que tienen que tener una armonía (ni demasiado grandes ni demasiado pequeñas).

5.- UNIONES

Dentro de las uniones de una pieza hay que prestar especial atención a dos tipos:

  • Unión entre placas de diferente espesor: en estos casos hay que llevar a cabo esta variación de forma progresiva

  • Unión entre chapas y nervios: en estos casos hay que evitar la acumulación de material en sitios difíciles de alimentar.

6.- ÁNGULOS

En las zonas de cambio de dirección y de distinta sección, hay que cuidar el no producir puntos calientes, el no producir grietas pero, a la vez, se eliminan los riesgos de rotura o de debilidad mecánica en ellas y habrá que tener en cuenta una disminución o aumento progresivo de la sección y darle una geometría que permita soportar el esfuerzo esperado.

7.- ENSAMBLAJES HETEROGÉNEOS

A veces se necesita obtener piezas que se insertan con otras, o, lo que es lo mismo, piezas complejas. En este caso, las superficies de las piezas insertadas tienen que tener unas aristas en las zonas donde quedan en contacto con las otras para que permita la unión. Debe cuidarse que entre una pieza y otra no se produzcan ángulos vivos.

8.- SOBREESPESORES DE MECANIZADO

Sobreespesores de mecanizado son aquellos que tenemos que prever, dependen del tamaño de la pieza, del tipo de aleación y del tipo de fundición utilizada.

9.- DISPOSICIONES QUE FACILITAN EL MOLDEO

Hay que tratar que la salida de las piezas sea lo más fácil posible. Para ello es preciso:

  • Dar a las piezas una ligera inclinación a favor de la salida (2-3%) facilita el desmoldeo.

  • Tratar que exista el menor número de machos

  • Tratar que aquellos detalles que no sean necesarios no aparezcan

A veces una pieza, tras su estudio, presenta una complejidad tal que no va a resultar fácil llevarla a cabo. Entonces es posible reducir la complejidad dividiendo la pieza en dos o tres partes que después se unirán de forma que se garantice su funcionalidad.

10.- CONCLUSIONES

  • El proyectista tiene que fijarse y elegir la fundición más idónea

  • Hacer los espesores lo más uniformemente posible o, al menos, pasar de unos a otros de forma progresiva

  • Hacer unos espesores acordes con las recomendaciones normalizadas y que no impidan el buen llenado de los moldes

  • Cuando hay zonas de conjunción, evitar puntos calientes

  • Hacer los ángulos con radios adecuados, redondeándolos

  • Si la pieza es muy compleja, tratar de descomponerla

  • Facilitar las operaciones de limpieza y desbarbado

TEMA 13: SINTERIZACIÓN

1.- GENERALIDADES

La sinterización es una conformación que se consigue reduciendo los metales base y aleantes a un polvo relativamente fino machacándolo. Ese polvo lo introducimos en un molde a una temperatura adecuada. Es un procedimiento en el que se pueden proponer tres fases en él:

  • Reducción-obtención de esos polvos metálicos

  • Comprimir los polvos en frío

  • Sinterizado propiamente dicho

Se utiliza en piezas que sean difíciles de conseguir por fundición, mecanizado o forja, pero también elementos de metal duro (como la vidria), productos que deben ser muy porosos (como filtros para gasoil), cojinetes, productos en grandes series, engranajes, discos de corte de amoladoras, aislantes eléctricos,…

2.- FABRICACIÓN DE LOS POLVOS METÁLICOS

Se puede hacer de diversos modos, utilizando medios mecánicos o por procedimientos físico-químicos.

Los procesos mecánicos son diversos:

  • Por molido: se usa para los metales frágiles y se hace con un martillo

  • Pulverización: dirigiendo un chorro fundido de metal sobre un disco provisto de una superficie con cuchillas que está girando

  • Atomización: dirigiendo una corriente de aire fuerte sobre un chorro de metal fundido

En cuanto a los procedimientos físico-químicos pueden ser:

  • Reducción oxidación

  • Electrólisis

  • Descomposición térmica

  • Condensación

  • Corrosión intercristalina

3.- COMPRESIÓN EN FRÍO DE LOS POLVOS METÁLICOS

A partir de una prensa, se aplica un esfuerzo tratando que pasen esos polvos por una matriz. Se pueden aplicar presiones que pueden variar entre 1 y 10 Tn/cm2. El tipo de prensa depende del tipo de metal, de su plasticidad (a mayor plasticidad, menor presión), de su densidad (a mayor densidad, mayor presión). Ese apretamiento de las partículas de polvo constituye una especie de soldadura entre granos, ya que conseguimos una reordenación cristalina. Cuanto mayor sea esta presión, más se comprimen, más se unen, pero hay un límite, ya que una vez conseguida la unión no tiene sentido seguir presionando. Es un proceso que también hay que tener en cuenta que no todos los granos van a tener la misma uniformidad de unión, llegando esta mejor a ciertas partes.

4.- SINTERIZACIÓN

Es la fase donde se define este sistema. Las piezas que ya se han conseguido no tienen todavía las características que se les exige, por lo que son aun simples preformados. El proceso consiste en calentar esas piezas por compresión hasta lograr una soldadura total de la masa. Cuando tenemos polvos de distintos metales y con distintos puntos de solidificación y fusión, hay que tener en cuenta que la sinterización se tiene que llevar a cabo por debajo de la temperatura de solidificación más baja. A medida que la temperatura de sinterización sea más alta, el proceso será más rápido. También hay que tener en cuenta que los aumentos de temperatura llevan implícitos fenómenos de oxidación y se deben realizar en atmósferas gaseosas adecuadas (en ausencia de O2). Se necesitan unos hornos, que suelen ser de tipo continuo, que controlan las atmósferas que hay dentro de él, posibilitando la introducción de gases que pueden mejorar las características de las piezas. A veces, este proceso de conformación se puede unificar, haciendo la compresión en caliente, esto se hace cuando se quiere conseguir un elemento muy compacto.

5.- LÍMITES DEL SINTERIZADO

  • Tamaño de la pieza: porque hay que hacer un prensado y esa fuerza tiene un límite

  • Forma de la pieza: se aplica a formas sencillas. Las piezas cónicas y las muy largas tienen problemas

  • Características mecánicas: las piezas que necesitan unas características especiales es posible que no las cumplan

  • Proceso atractivo para grandes series, pero no para unas cuantas piezas, ya que hay que hacer una matriz.

TEMA 14: FORJA A MANO

1.- GENERALIDADES

Los procedimientos de conformación tienen sus particularidades y la forja tiene el suyo. En ese sentido se lleva a cabo a base de someter a esfuerzos violentos y continuos al material que previamente se habrá calentado a una temperatura entre la de recristalización y la de fusión.

A medida que aumenta la temperatura, las deformaciones se consiguen con menor esfuerzo, pudiendo ser ilimitadas, no produciendo acritud.

Es un procedimiento antiquísimo que se remonta a diversos pueblos antes de Cristo. Hoy día se sigue utilizando para multitud de piezas de diversas formas.

2.- OBJETO DE LA FORJA (fenómenos o consecuencias)

Con la forja se realizan dos tipos de trabajo:

  • Piezas acabadas, a las que la forja les da su forma definitiva

  • Preformas, que serán acabadas por mecanizado

Con la forja logramos que las propiedades mecánicas de las piezas se mejoren sustancialmente debido a que, con los golpes y el calor al que son sometidas, se afina el grano y se orientan las fibras. Además, pueden reducirse o eliminarse los defectos que pudieran tener esos materiales.

2.1.- EL AFINO DEL GRANO

Los metales están formados por granos agrupados en una masa metálica. A medida que se golpea esa masa, los granos se van triturando y van siendo más pequeños. Cuanto más fuerte sea el golpe y más baja la temperatura, el grano se triturará más. Golpes grandes y lentos es más eficaz que muchos golpes pequeños. Es una operación que tiene que hacerse con cierta rapidez, ya que si no el metal se enfriaría y deberíamos volver a calentar.

2.2.- ORIENTACIÓN DE LAS FIBRAS

Con los golpes de la forja se van aplastando y alargando las fibras, eliminándose las impurezas excepto en algunas zonas, normalmente las de sección perpendicular, donde se produce un fenómeno distinto.

La forja es capaz de eliminar defectos tales como sopladuras, segregaciones y dendritas ya que, al golpear en caliente, es casi como si se soldasen.

3.- METALES PARA FORJA

En principio todos los metales se pueden forjar, ya que poseen plasticidad, que es una cualidad inherente a la naturaleza metálica. Por tanto, todos los metales puros son aptos para la forja y algunas aleaciones como los aceros. Los metales muy duros no.

4.- CICLO TÉRMICO DE LA FORJA

La conformación por forja se hace en tres fases:

  • Calentamiento del metal: este calentamiento se hace a una temperatura determinada, que se llama temperatura de forja. Debe hacerse de forma suave, ya que la pieza a forjar tiene una determinada masa y, si la calentamos muy rápido, la zona externa estará a la temperatura adecuada cuando la zona interna aún esté fría, pudiendo las dilataciones romper la pieza. Aquí aparece el término “velocidad de calentamiento”, que depende del tipo de metal y de su espesor. Otro aspecto a tener en cuenta es que no se debe realizar el calentamiento de forma local, es decir, hay que calentar la pieza en todas las partes por igual. La temperatura de forja está comprendida entre unos valores límites y existen unas tablas orientativas. Superada esa temperatura, a medida que sigamos calentando, menos es la resistencia que presenta ese material al golpe.

  • Conformación: es el proceso de forja propiamente dicho, es decir, cuando se aplican los esfuerzos al material.

  • Enfriamiento: es dejar enfriar el metal hasta una temperatura determinada. Este enfriamiento no debe hacerse rápido, ya las contracciones podrían romper la pieza.

5.- OPERACIONES BÁSICAS DE LA FORJA

Sirviendo de base una forja manual, veremos las herramientas y, sobre todo, las operaciones que pueden ser hechas con ellas.

Las operaciones son diversas, siendo las fundamentales:

  • Estirado: operación que persigue alargar un material

  • Otra operación es la que se hace con las gubias y el asentador, que son útiles para operaciones de ensanche y estirado del material

  • Degüello: operación que trata de conseguir una disminución de sección

  • Recalcado: trata de aumentar la sección

  • Estampado: se utiliza una herramienta que se llama estampa, que es una herramienta que reproduce su forma en el interior de dos.

  • Curvado: trata de conseguir el radio deseado

  • Doblado: se apoya la pieza sobre un perfil y se golpea para conseguirlo

  • Punzonado: utiliza un punzón para hacer un agujero

  • Mandrilado: se repasa el agujero hecho con el punzón con el mandril para darle cierta tolerancia a agujero

  • Corte: utilización de la tajadera para cortar

  • Torsión: un giro con más o menos vueltas de un material

  • Soldadura: calentar las dos piezas a unir poniéndolas de la forma más idónea y golpeando. En este caso hay que tener ciertas precauciones (limpieza entre piezas, posición adecuada,…) para producir una unión muy buena

6.- DEFECTOS DE LA FORJA

  • Aparezcan elementos extraños en el momento de la forja

  • Al golpear y deformar haya zonas en las que falte material, produciéndose pliegues y repliegues

  • Cuando no se calienta el material adecuadamente, pueden aparecer grietas de forja

TEMA 15: FORJA MECÁNICA. ESTAMPACIÓN EN CALIENTE

1.- GENERALIDADES

Por forja mecánica entendemos la utilización de máquinas que nos facilitan la obtención de piezas en serie.

Se utilizan fundamentalmente dos tipos de máquinas: martinetes (martillos pilones) que golpean de forma independiente y las prensas, que trabajan por presión.

Los martinetes forman una familia y se clasifican por hidráulicos, mecánicos, neumáticos (autocompresores y de compresor) y de vapor (de simple y doble efecto).

En las prensas la clasificación es mecánica o hidráulica.

2.- MARTINETES

'Tecnología Mecánica'

El martinete va a ir golpeando el material de forma intermitente en un ciclo de trabajo previamente establecido.

Utiliza una máquina cuyos elementos fundamentales son los de la figura anterior. De ellos, diremos que el yunque se apoya en una cimentación cuya misión es la de aguantar los golpes y evitar las vibraciones. La maza debe ser de acero y/o fundición, siendo la parte del martillo siempre de acero. La distancia entre el PMS y el PMI puede variar de 1 a 3 metros. Los sistemas de accionamiento, si son mecánicos, utilizan resortes que permiten ese movimiento de vaivén.

En los neumáticos, ese movimiento se va a llevar a cabo usando aire comprimido:

  • Autocompresores: el aire es un medio de transmisión de la energía y se puede observar en él dos cilindros, el de compresión (entra aire de la atmósfera y lo comprime) y otro de utilización (es un cilindro de sección prismática que sirve para mover la maza). Un cilindro y otro van a ser gobernados por válvulas. La cadencia suele ser de 200 golpes por minuto. Los motores tienen una potencia comprendida entre 5 y 50 CV.

  • Neumáticos (de compresor): necesitan un elemento de compresión independiente al martinete.

3.- PRENSA HIDRÁULICA

Las más usuales son verticales y se componen de una mesa donde se colocan las piezas (preformas) sobre las que va a actuar la maza de la prensa.

Su carrera es vertical, se mueve por la acción de un émbolo y está controlada por unas guías. Este émbolo, que recibe la energía a través del aceite que mueve una bomba, se mueve en el interior de un cilindro.

Las prensas también pueden ser elaboradas con varios cilindros de impulsión, lo que nos permite hacer que actúe uno, dos, tres o los que necesitemos para transmitir más o menos potencia. Esta variación se consigue mediante unas válvulas.

Otros mecanismos que llevan las prensas son unos cilindros de retroceso para que la maza regrese al PMS y unos cilindros expulsores que sirven para expulsar las piezas estampadas.

El control de la prensa se lleva a cabo mediante distribuidores que se accionan de manera manual, automática o semiautomática.

Las bombas para mover el aceite son del tipo de pistones, siendo las más utilizadas de un pistón y, cuando la potencia es muy grande, tienen dos.

Cuando se utilizan prensas muy grandes, se emplean acumuladores, que son mecanismos por los que se consigue una reserva de potencia.

Para el cálculo de la potencia de la prensa hay que tener en cuenta su potencia (que suele estar en torno a los 400kg/cm2) y la resistencia a la deformación a la del material a la temperatura de forja.

4.- ESTAMPACIÓN EN CALIENTE

Es una operación dentro de la forja mecánica que consiste en someter al material a una presión bien con una prensa, bien con un martinete, que previamente hemos puesto entre dos moldes de acero denominados estampas.

Normalmente, las estampas quedan formadas por dos piezas, el martillo (la superior) y el yunque (la inferior). La estampa superior se fija a la corredera de la prensa y la inferior a la mesa. Las estampas son bloques de acero que suelen tener una forma parecida a la pieza. Tienen diversos sistemas de acoplamiento.

5.- PROYECTO DE ESTAMPA PARA ESTAMPACIÓN EN CALIENTE

En un proyecto de esta naturaleza habrá que controlar los siguientes aspectos:

  • Determinación de la preforma. Una preforma es esa porción de material que ponemos en la estampa. Cuanto más se aproxime a la pieza, mejor.

  • Distribución de la pieza en las estampas. Cuando la pieza tiene un plano de geometría sencillo, se hace una distribución equilibrada en la estampa. Cuando la pieza es asimétrica, el problema se complica y se tendrá que ver que el movimiento del material se produzca de la forma más sencilla posible. Cuando los planos son inclinados, van a aparecer componentes laterales, que tratan de descentrar la estampa. Para compensarlos, utilizamos estampas con planos inclinados en sentido contrario.

  • Previsión de la salida de las piezas. Para facilitar la salida de las piezas las paredes de las estampas tienen una pequeña inclinación (5 a 10º).

  • Previsión de rebabas. Hay que tratar obtener la pieza lo más fácilmente posible. Puede darse el caso en que haya menos material del necesario, por lo que la pieza será defectuosa. Otro aso es que haya exceso de material, en cuyo caso puede ocurrir que las estampas cierren perfectamente (pieza válida) o que no lo hagan, quedando la pieza sobredimensionada (defectuosa).

  • Escalonamiento de la conformación. En el proyecto de estampas debe tenerse en cuenta que la fluencia es limitada, lo que implica que, en piezas complejas, habrá que conformarlas en varios pasos y, por ello, requerirá el diseño de varias estampas.

6.- MATERIALES PARA LAS ESTAMPAS

En primer lugar, tener presente que para la estampación en caliente se requiere que los metales tengan una serie de propiedades: resistencia a la compresión, al choque, al desgaste y a las elevadas temperaturas y, cuando las estampas se utilizan para cortar, resistencia a la cortadura.

El material más adecuado es el acero aleado sometido a tratamientos térmicos adecuados para su uso.

Para la construcción de las estampas no basta con un proyecto adecuado a las necesidades, sino que además la ejecución de ese proyecto debe ser la adecuada.

Para su construcción, se parte de un bloque ligeramente mayor a la forma definitiva. El tamaño del bloque está en relación con el hueco en el que se va a reproducir la pieza. Será 5 o 6 veces más alto, 2 o 3 veces más ancho y un 30-50% más largo.

Se traza la forma de la pieza en la zona adecuada y se talla el hueco con una fresa, siendo repasado posteriormente con la maquinaria adecuada.

En la fase de acabado muchas veces es inevitable el trabajo manual.

Una estampa y otra tienen que adaptarse mediante algún sistema que fije su posición.

Una vez conseguida la estampa, se le dan los tratamientos térmicos adecuados.

Finalmente se hace una comprobación de cotas antes de ser entregada por el proveedor.

TEMA 16: LA EXTRUSIÓN

La extrusión es un procedimiento para conformar metales y aleaciones, haciendo que salgan esos metales a través de una matriz mediante una presión aplicada al metal.

Es un sistema muy utilizado para tuberías, perfiles, envases,…, pudiéndose decir de él que le da a las piezas un acabado excelente.

1.- EXTRUSIÓN EN FRÍO

En ella vamos a forzar al material para que fluya entre las paredes de la matriz y la de un punzón que lo está oprimiendo.

Para que esa operación sea correcta deben cumplirse dos condiciones:

  • Habrá que utilizar materiales muy dúctiles

  • La presión del punzón será enérgica y se aplicará por choque

El espesor de las piezas depende del diámetro interior de la matriz (D) y del exterior del punzón (d):

e = (D - d) / 2

El espesor siempre debe tener un valor mínimo, dependiendo del material.

Las alturas tienen unos valores máximos, que están en función de los diámetros de la pieza, es decir, la altura puede variar en función de los diámetros.

Para la extrusión en frío se utilizan máquinas de gran potencia, siendo habitual el empleo de máquinas de punzón o de ballesta.

1.1.- MÉTODOS PARA LA EXTRUSIÓN EN FRÍO

Normalmente se realiza mediante la creación de un flujo inverso, pero también puede hacerse mediante flujo directo.

El método de flujo inverso es el más empleado. Es una operación que se realiza en tres fases:

  • En la primera se coloca el disco de material en la matriz

  • A continuación el punzón choca con el disco y, con la presión adecuada, hará fluir el material hacia el exterior.

  • Finalmente, el punzón se retira llevando consigo la pieza extruida que será liberada al encontrarse con el extractor.

La fuerza necesaria para la extrusión en frío viene determinada por una fórmula empírica: F=S·k·log(S/s), donde S es la sección de la pastilla, s la sección de la pieza extruida y k un coeficiente que se establece una vez determinado el valor de la carga de rotura, ya que es el doble de ese valor.

2.- EXTRUSIÓN EN CALIENTE

También hacemos fluir el material que previamente hemos calentado hasta una temperatura entre la de recristalización y la de fusión. El sitio por donde fluye es la matriz, que tendrá la sección de la pieza. Es un método muy empleado por el que se obtienen gran cantidad de piezas.

Se pueden usar metales básicos o en combinación de otros como aleantes, siendo los más utilizados el aluminio, cobre, cinc, estaño y níquel, así como sus aleaciones, dependiendo del tipo de metal utilizado la facilidad para extruir.

Las prensas de extrusión en caliente son específicas para este proceso. Son de tipo horizontal y disponen de un cabezal fijo, un contenedor que es donde se pone el lingote, una matriz que es donde se prensa y un punzón que va a empujar a ese lingote.

El sistema de prensado puede ser directo o indirecto. Hay sistemas que no utilizan el punzón como elemento aplicador de la fuerza. También puede haber máquinas en que la matriz tenga varios orificios.

Como utillaje básico se emplean:

  • Las matrices: constan de tres partes fundamentales:

    • Matriz: es por donde sale el perfil, es un bloque cilíndrico en el que se incorporan los elementos que le van a dar la dureza adecuada

    • Contramatriz: es un bloque de acero de mayor espesor y básicamente nos va a servir para ayudar a la matriz a soportar las presiones

    • Portamatriz: sirve para fijar el conjunto al cabezal

  • Los punzones: deben estar hechos de material adecuado para resistir las presiones. Se realizan en aleaciones de acero.

  • Los contenedores: aguantan las presiones de todas las partes y su tamaño está en relación con el de la pieza. Son elementos de aleación de acero.

  • Otros elementos o utensilios que se utilizan son un horno para calentar, hornos de tratamiento y bancos para enderezar el material ligeramente defectuoso.

Con la extrusión vamos a obtener una variedad de perfiles muy grandes, puesto que se trata de un proceso sencillo y económico incluso con series no muy amplias.

El material obtenido presenta unas buenas características mecánicas, a la altura de otros procesos e, incluso, mejorando las propiedades de los materiales. Los perfiles obtenidos pueden ser redondos, ángulos, dobles tes,… Además, también se pueden obtener perfiles semiacabados si se desea.

TEMA 17: ESTAMPACIÓN EN FRÍO

1.- INTRODUCCIÓN

Hoy en día, la chapa ha encontrado una gran cantidad de aplicaciones y ello se debe a un proceso de fabricación económico, a una uniformidad mecánica en las piezas importante y a ser un proceso con el que se da un acabado superficial correcto, por lo que no necesita ninguna operación más, salvo la de protección contra la corrosión o para decorarla.

2.- METALES Y ALEACIONES PARA LA ESTAMPACIÓN EN FRÍO

Los materiales para estampación en frío deben cumplir las siguientes características:

  • Tener una superficie perfecta, sin alteraciones como agujeros, arrugas,…

  • Tener un espesor uniforme en toda la chapa

  • Tener características uniformes

  • Ser maleables para que sea más fácil el proceso de estampación

Los más empleados son el acero, el aluminio y sus aleaciones y los latones.

Finalmente, puede que necesitemos una pieza estampada con una forma agresiva y, aunque presente una maleabilidad buena, resulta imposible hacerlo en una sola estampación, haciéndose necesario realizarlo en varios pasos.

En las chapas de acero, la superficie queda recubierta de una capa de óxido que necesita ser decapada.

3.- OPERACIONES FUNDAMENTALES

'Tecnología Mecánica'

Para conformar la chapa usamos las prensas, que constan de un elemento fijo que queda sujeto a una mesa y que se llama matriz y de una parte móvil (una maza) que se llama punzón, colocando el material sobre la matriz para que sea presionado por el punzón.

Las operaciones fundamentales de estampación son diversas:

  • Punzonado y corte

  • Doblado y curvado

  • Embutición

  • Estirado

3.1.- PUNZONADO Y CORTE DE LA CHAPA

El punzonado consiste en hacer un agujero con una estampa en la chapa para darle una forma determinada.

El corte es una operación que consiste en separar de una chapa una pieza de forma determinada.

El punzonado y el corte se suelen denominar de forma indistinta como troquelado y a las estampas utilizadas, que están formadas por un punzón y una matriz, troqueles.

El ciclo de corte lo podemos establecer en dos fases:

  • Deformación plástica: se produce una deformación plástica del material cuando es empujado por el punzón, produciéndose dos esfuerzos, uno d tracción y otro de compresión, apareciendo en la zona grandes tensiones.

  • Corte: se produce el corte al superarse el valor de resistencia al cizallamiento del material. Las rebabas que se producen dependen del juego que haya entre la matriz y el punzón y este, a su vez, depende del grosor de la chapa y del tipo de material.

3.2.- DOBALDO Y CURVADO

Son operaciones con las que obtenemos un perfil en el que no varía el espesor inicial de la chapa y, por lo tanto, tampoco varía su superficie.

El doblado sirve para hacer pasar de una chapa plana a una de perfil quebrado. Existen unas normas con las que podemos reducir el riego de rotura, que depende del tipo de material. En ocasiones, este proceso se puede hacer en varias fases.

El curvado es una transformación de una chapa plana en otra curva por medio de una estampa o troquel que suele hacerse en varias veces.

El arrollado es una operación que pretende hacer un remate con objeto de reforzar o embellecer el extremo de una chapa.

3.2.1.- DESARROLLO DE UNA PIEZA DOBLADA

Cuando se trata de doblar la pieza, habrá una zona superficial delimitada por B-C en la que el material sufre compresión. En la zona B'-C', el esfuerzo es de tracción. En la medida que nos acercamos a la zona de simetría, el material llega a un punto en el que no sufre deformación, ni se comprime ni se estira, siendo la línea M-N-P-Q una línea neutra (fibra neutra)

.

'Tecnología Mecánica'

Tras varios experimentos se ha demostrado que esa zona neutra está en la mitad del espesor. Cuando los espesores de las chapas son muy grandes, puede desplazarse hacia un lado, ya que este tipo de materiales tienen más aguante a compresión que a tracción.

3.3.- EMBUTICIÓN

Tiene por objeto convertir una chapa plana en un cuerpo hueco. Se lleva a cabo con una estampa compuesta por:

  • Matriz: es la pieza que va a facilitar la forma del hueco

  • Punzón: es el elemento que empuja la chapa

  • Pisador: es el elemento que pisa la chapa para impedir que se formen arrugas

Cuando el hueco presenta dificultades, se valora la viabilidad de hacerlo en una fase.

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3.3.1.-EMBUTICIÓN DE PIEZAS PROFUNDAS

Es el caso en el que los punzones tienen secciones muy pequeñas en relación con la superficie de la chapa, cuanto mayor es la diferencia, mayor es la presión que necesitamos, pudiendo llegar a romper la pieza por un desgarro si lo hacemos de una sola vez.

No se deben embutir de una sola vez piezas cilíndricas cuya profundidad sea superior a su radio. El número de embuticiones viene dado por la siguiente relación:

n = 2 · (h/d) ó n = 3· (h/d)

Es una operación en la que se aconseja llevar a cabo una lubricación.

La fuerza necesaria para la embutición es:

F = r · e · n · r

En el desarrollo de una pieza por embutición, el principal problema del proyectista es el de determinar la forma de la chapa y la dirección.

3.4.- ESTIRADO

Su objetivo es el de adelgazar las paredes de las piezas que generalmente han sido embutidas previamente. Se realiza obligando al material a pasar entre una corona circular y un punzón.

TEMA 18: LAMINACIÓN

1.- GENERALIDADES

Laminar es deformar una masa metálica haciéndola pasar entre dos cilindros que giran en sentido inverso. Esta operación puede hacerse tanto en frío como en caliente.

La laminación en caliente podría asimilarse a la forja continua, ya que se lleva a cabo entre la temperatura de recristalización y la de fusión. Es un proceso que no produce acritud.

Laminar lleva consigo una mejora importantísima de las cualidades del material, reduciendo defectos y mejorando la estructura química, no siendo estas mejoras tan importantes como en la forja.

La laminación en frío se lleva a cabo a la temperatura ambiente, por lo que produce acritud, necesitando a veces someter a la pieza a un proceso de recocido para estabilizar el material. A veces, cuando la deformación es muy profunda, debe recocerse entre deformación y deformación, ya que la acritud puede ser tan alta que impida la deformación.

2.- METALES PARA LAMINACIÓN

En principio todos los metales válidos para forja también son válidos para laminación. Desde el punto de vista industrial, todos los materiales son válidos para laminar, resultando de mayor importancia y trascendencia los aceros. También se pueden laminar, aunque con menor importancia que el acero, el aluminio, el cobre y sus aleaciones. Se pueden laminar tanto materiales blandos como duros, pudiendo laminar también metales nobles (ora, plata y platino).

3.- DEFORMACIONES PRODUCIDAS EN LA LAMINACIÓN CON CILINDROS LISOS

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  • Recalcado a la entrada: las fuerzas de los cilindros sobre el material producen en este una especie de recalcado, que se traduce en un ligero aumento de la sección de la pieza.

  • Deformación masiva: tiene lugar en el plano que pasa por los ejes de los cilindros, llamado plano de laminación.

  • Dilatación a la salida: al salir el material de los cilindros aumenta su sección ligeramente debido a la elasticidad del material. Para evitar que las superficies queden abombadas, se deben utilizar cilindros abombados.

  • Ensanchamiento: la anchura del material aumenta relativamente poco cuando sale de los cilindros en comparación con la forja. Esto se debe a que el movimiento de rotación de los cilindros produce un flujo del material, de tal modo, que si se aumenta la velocidad de los rodillos, se consigue la misma anchura que la inicial.

  • Alargamiento: al disminuir el espesor del material y aumentar muy poco su anchura, se produce una disminución de la sección y un notable alargamiento de la pieza laminada. Como a la velocidad de entrada del tocho hay que sumarle el aumento de longitud, la velocidad del avance del material es superior a la velocidad de entrada. A este fenómeno s le denomina aceleración.

4.- CARACTERÍSTICAS DE LOS LAMINADORES

La unidad de laminación más elemental se compone de dos cilindros cuyos portacojinetes, denominados ampuesas, están apoyados en dos bastidores compuestos cada uno por una base, dos columnas y un larguero que los une. Ambos bastidores están unidos entre sí por otros elementos que mantienen la posición. Si los bastidores que soportan las ampuesas son de una pieza se denominan cajas cerradas y si su larguero es desmontable, cajas abiertas.

Ese laminador elemental puede estar formado por más de dos cilindros, tanto de eje horizontal como de eje vertical. Al menos uno de los cilindros debe moverse longitudinalmente (verticalmente si es de eje vertical y horizontalmente si es de eje horizontal) para poder ajustar la distancia entre los cilindros.

Hay que tener en cuenta que si el ajuste hay que realizarlo después de cada pasada del material, el ajuste se realiza mediante motores, llamando a ese conjunto de elementos calibrador (conjunto que permite la adaptación de la distancia entre los cilindros en cada pasada).

Los cilindros de laminación se componen de tres partes principales:

  • Cuerpo o tabla

  • Cuello

  • Muñones o trefles

La robustez de los cilindros de laminación viene definida por la relación entre la longitud de la tabla y su diámetro:

2 " L/D " 3

Los cilindros suelen estar construidos en fundición de distintos tipos, aunque también pueden construirse en acero.

Los cojinetes también se pueden hacer de distintos tipos y formas, siendo de bronce con elementos antifricción como aleantes o de resinas especiales.

El accionamiento de los cilindros se realiza mediante motores eléctricos acoplados a una caja de reducción y una de piñones que acopla los cilindros entre sí y con la caja de reducción.

Normalmente los motores son de corriente alterna, salvo en los grandes trenes de laminación, donde son de corriente continua.

4.1.- TIPOS DE LAMINADORES

  • Dúos: están formados por una caja con dos cilindros que pueden ser reversibles.

  • Tríos: están formados por tres cilindros que se sitúan sobre un mismo plano vertical.

  • Dúos alternativos: en estos, a uno de los cilindros de los trenes trío se le mete un árbol de transmisión.

  • Doble dúo: son dos cajas dúo.

  • Cuartos: son cuatro cilindros en un mismo plano vertical.

  • También puede haber de 6 o 12 cilindros

Existen cajas universales, que llevan cilindros verticales y horizontales y que pueden ser para trabajar en un plano vertical o en varios.

También hay cajas basculantes, que cambian de posición dentro de un mismo plano y los ejes también pueden cambiar de sentido.

5.- TRENES DE LAMINACIÓN

Es un conjunto de laminadores para que el material vaya pasando sucesivamente de uno a otro hasta obtener el perfil deseado. Pueden ser:

  • Abiertos o en línea

  • Continuos o en tándem

  • En cross country

Existen varios tipos de trenes:

  • Desbastadores: los trenes desbastadores o BLOOMING-SLABBING parten del lingote que viene de la fundición. La capacidad del tren puede llegar hasta las 18000Tn. Se llama BLOOMING a los que se dedican a laminar tochos y suelen ser de sección cuadrada normalmente. Los SLABBING son los que laminan las petacas que también son de sección rectangular. Estos trenes pueden ser a su vez de distinto tipo. Puede ocurrir que haya trenes de uno y otro tipo o que haya trenes que sirvan para los dos. En estos trenes, el cilindro inferior es fijo y el superior se mueve (se desplaza unos 2m). Cada cilindro va con su propio sistema de accionamiento, es decir, directos y de corriente continua. Los trenes BLOOMING europeos están formados por canales relativamente profundos y una parte plana en el extremo de la tabla. Los americanos están formados por una parte central plana y tres o cuatro canales en los extremos. En los americanos, el trabajo va acompañado de un aporte de agua pulverizada.

  • Palanquilla: es el tren que procesa un producto ya desbastado en los trenes BLOOMING, produciendo una reducción del producto de entre 4 y 1'25cm. También se denominan llantones y tienen un espesor de entre 1 y 1'25cm y una anchura entre 20 y 60cm. Normalmente son continuos. Antes las cajas eran horizontales, pero actualmente lo que se hace es ir introduciendo los tochos en cajas verticales desplazables.

  • Fermachine: su nombre corresponde con el producto, ya que fermachine es un redondo acerado de 5 a 8mm de diámetro. Se parte de los productos del tren de palanquilla, suelen ser continuos y clasificados en tres secciones:

    • Desbaste

    • Proceso de obtención del fermachine

    • Repaso o acabado

  • Estructurales: son aquellos que tienen por objeto obtener perfiles pesados (ángulos, tes, dobles tes,…). Aquí utilizamos los productos de los trenes de desbaste. Tienen una composición compleja y variable.

  • Comerciales: aquellos destinados a obtener perfiles de peso medio o pequeño.

  • Para chapa: para laminar la chapa se pueden utilizar distintas soluciones:

    • Para chapa gruesa: las petacas se laminan en un tren formado por cajas dúos.

    • Para banda en caliente: los llantones se laminan calentándolos previamente. Pasan por una serie de cajas en un tren continuo que los laminan y los acaban para, posteriormente ser cortadas esas bandas con cizalla. Pueden ser almacenadas superponiendo las bandas o en bobinas.

    • Para banda en frío: se emplean para obtener bandas de pequeña sección, en torno a 1'5mm, teniendo en cuenta que aparece acritud que habrá que eliminar sometiendo las bandas a un recocido. Además, siempre tiene que haber un proceso de decapado.

    • Planetarios: laminan en caliente, tienen un gran cilindro de apoyo y, después, muchos cilindros planetarios, para terminar en otros cilindros empujadores.

6.- FABRICACIÓN DE LA HOJALATA

Es una chapa delgada de acero dulce que está comprendida en unos espesores de 0'2 a 0'5mm. Esa chapa se recubre por cada una de sus aras de una capa de estaño muy fina (0'5 - 2µ). Esta capa sirve para proteger la chapa de acero contra la corrosión y oxidación.

Aunque realmente no es así como queda, sino que entre esas superficies de acero y estaño se forma una delgadísima capa de aleación estaño-hierro.

Se utiliza un acero extradulce, ya que se embute con mayor facilidad y, por consiguiente, se puede obtener gran cantidad de envases y utensilios de todo tipo.

Se parte de los lingotes adecuados al empleo que de esa hojalata se haga y se lamina primero en petacas de pequeña sección en torno a una longitud de 5m. Esas petacas, tras su elaboración, se controlan para eliminar sus defectos, se calibran y se laminan en un tren continuo, dándole un espesor de 2mm. Esa banda se pasa por unos tanques en los que hay ácido sulfúrico diluido para quitarle todo el óxido. Después, esa banda se pasa por otro tren donde se lamina en frío, reduciendo su espesor a 0'5mm. Para esto, hay que lubricar, quitando más tarde ese lubricante. Tras ello, hay que hacer un recocido de tipo continuo, quedando una chapa muy blanda. Para endurecerla, se la hace pasar por una laminación suave que apenas reduce su espesor.

Por último, se cortan esas bandas mediante dos operaciones: una que la deja con un ancho determinado y otra que la corta transversalmente.

Para estañar esta banda de acero hay que decaparla primero y, a continuación, se introduce en un tanque de estaño de tal forma que se haga uniforme la capa de estaño en la banda de acero.

A continuación, esas chapas de hojalata se pasan por un tanque de sosa para quitarle los restos de lubricante que pudiera tener.

Por último se hace pasar por un secador.

TEMA 19: ESTIRADO Y TREFILADO

Son dos procedimientos cuyo objetivo es conformar un material dúctil haciéndolo pasar a través de un orificio de un calibre correcto que se llama hilera.

El estirado se diferencia del trefilado en tres aspectos:

  • Material que se emplea: en el estirado son barras de una longitud de 4 a 6m y un diámetro superior a los 10mm. El estirado se hace partiendo de los fermachine (redondos de 5-8 mm de diámetro).

  • Objeto de la operación: con el estirado pretendemos dar una dimensión, endurecer, dar forma a base de adelgazar el material. En el trefilado es al revés, lo que se pretende es adelgazar el material.

  • Modo de fabricación: el trefilado es una operación que se hace normalmente en varias fases, mientras que el estirado se realiza en una sola pasada.

Teniendo en cuenta que hay operaciones preparatorias, el estirado se hace en bancos que se llaman de estirar. Es una bancada sobre la que se coloca la cabeza portahilera y un carro de tracción que tiene una mordaza con la que sujeta la barra y un sistema de accionamiento. El banco puede tener varias hileras, por lo general tres, y la podemos decir que la hilera es la parte fundamental del proceso.

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La embocadura está formada por ángulos redondeados. La sección reducción se llama así porque tiene una forma troncocónica y se le da un ángulo dependiendo del tipo de material. A continuación tenemos una sección que se llama de calibrado y que suele tener una longitud de la mitad del diámetro. Finalmente está el cono de salida, con un ángulo de 30º normalmente.

Una vez que al material se le ha dado la forma adecuada, necesita de operaciones de acabado, corte, recocido,…

A veces, cuando estamos trefilando, se hace necesario en un momento intermedio recocer para poder seguir trefilando sin romper.

TEMA 20: SOLDADURA

Soldar es una operación en la que hoy día podemos pensar más como un proceso de conformación que de reparación.

Existen dos tipos de soldadura:

  • Heterogéneas: son aquellas que se llevan a cabo entre materiales de distinta naturaleza y pueden ser hechas con material de aportación o sin él. También se llaman así a aquellas soldaduras de materiales de la misma clase con material de aportación de distinta clase. Las heterogéneas pueden ser:

    • Blandas: son las que se hacen utilizando un material de bajo punto de fusión.

    • Fuertes: son las que se hacen con un material con un alto punto de fusión.

  • Homogéneas: los materiales que se unen y el material que de aportación, de existir, son iguales. Cuando se unen sin material de aportación se llaman autógenas. Las homogéneas pueden ser:

    • Por forja: llegado el momento en las partes están a la temperatura de forja, se procede a su golpeo.

    • Aluminotérmica: es un proceso de soldadura en el que se aprovecha el calor que se genera cuando se produce la oxidación del aluminio por el óxido de hierro III:

2Al + Fe2O3 Al2O3 + 2Fe + Q (188 Kcal)

    • Ultrasónica

    • Por frotamiento

    • Eléctricas: dentro de las eléctricas tenemos:

· Por arco: utiliza el calor que se produce al saltar un arco eléctrico entre dos conductores que tendrán que tener distinta polaridad en los electrodos. La temperatura es superior a los 3500ºC y consigue la fusión de toda la zona. Es una soldadura de fusión. Los electrodos pueden ser de carbón o metálicos, que son los que actualmente se utilizan. Según el recubrimiento de estos pueden ser ácidos, básicos, oxidantes, de rutilo y otros. Las escorias que producen estos se diferencian sustancialmente y sus peculiaridades deben ser estudiadas para concretar cual ha de utilizarse en cada caso.

· Por resistencia: es aquella que se lleva a cabo haciendo pasar una corriente eléctrica a través de dos piezas que queremos soldar, las piezas se calientan por el efecto Joule, calentándose más la que tenga mayor resistencia. Se hace en un tiempo muy corto, no se calienta nada más que una pequeña zona, no hay crecimiento de grano, se pueden soldar piezas de distinto grosor e, incluso, de metales distintos. Se puede hacer por puntos, por costura y a tope.

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