SISTEMES DE FABRICACIÓ. LA INDÚSTRIA METAL·LÚRGICA

Els sistemes de fabricació i la indústria metal·lúrgica

Aquest conjunt de tècniques o operacions que estan destinades a transformar els materials mitjançant processos industrials, els anomenarem sistemes de fabricació.

La indústria metal·lúrgica s'encarrega de les tècniques, procediments i operacions destinats a la transformació dels metalls.

Conformació amb motlle

Conformació per fosa

La conformació per foneria o fosa es basa en la introducció d'un metall fos en una cavitat que té una forma determinada, anomenada motlle, on el metall se solidifica.

Un material que sigui apte per a la fosa ha de tenir les següents propietats: bona fluïdesa, baixa contracció, rigidesa i ser resistent als esforços mecànics.

• Fosa sobre motlles de sorra. El motlle es de sorra amb resina aglomerada. Aquests motlles un cop utilitzats es trenquen per desenganxar la peça del motlle.

• Fosa sobre un motlle permanent. El material corre a través del motlle a causa de la gravetat. Es fa servir per fer un gran nombre de peces amb un preu econòmic.

• Fosa a pressió. Fabrica peces complicades d'alumini, coure, magnesi en sèrie on les exigències de tolerància són molt estrictes.

• Fosa per centrifugació. Crea peces de centrifugació primes. Es buida la colada en peces giratòries cosa que la força centrifuga fa que es mantingui a les parets del motlle.

• Fosa a la cera perduda. Es fa un motlle de cera que després es compacta amb material refractari. Un cop això s'escalfa i la cera es fon i queda la peça.

Conformació per pols

L'obtenció de productes per pulvimetal·lúrgia o sinterització consisteix a agafar una pols molt fina del metall que ha de quedar a la peça final i introduir-la dins un motlle. Una vegada tenim la pols dins el motlle, es comprimeix a altes pressions mitjançant un èmbol i es sotmet a altes temperatures (inferiors a les de fusió).

Els materials per convertir en pols són el ferro, el níquel, el cobalt, els molibdè i el tungstè que poden ésser barrejats per buscar les propietats

La compressió o premsat a què se vol sotmetre la pols dins els motlles pot arribar a les 5 tones per a cada cm2 de material. Controla la seva uniformitat.

La sinterització o escalfament de la pols es fa per sota de la temperatura de fusió del material comprimit o en el cas d'haver-ne més d'un per sota del punt de fusió del que més percentatge tingui en la mescla. El temps va d'uns 30 minuts a unes hores.

Conformació per deformació plàstica

La deformació plàstica és un procediment que canvia les peces sotmetent-les a una pressió exterior capaç de deformar la seva xarxa cristal·lina.

Quan els materials se'ls deforma plàsticament agafen acritud, això és que a la peça se li augmenta la duresa i la fragilitat alhora, que li fa pujar el valor del límit elàstic. Això fa canviar la seva estructura i el torna inestable.

Per evitar aquest fenomen cal escalfar el material fins a arribar a temperatura de recristal·lització abans de deformar-lo..

Sotmetre a aquesta temperatura a alguns materials els va malament per a les seves propietats mecàniques. Per això alguns materials és millor deformar-los en fred i d'altres en calent.

La laminació

El laminat, consisteix a fer passar un metall en calent entre 2 cilindres que giren en sentits oposats, la distància dels cilindres ha de ser més petita que el gruix del material que entra, així el comprimirem i reduirem la seva secció.

Formes de la laminació:

• Samarres: de secció rectangular. Ens permet aconseguir planxes, tubs de diàmetre grans i flexions.

• Llúpies són barres de secció quadrada amb un gruix de 150 mm (bigues estructurals, rails o tubs rodons).

• Totxos: (són derivats de les llúpies, però sense forma geomètrica definida) van des de 38,1 fins els 152,4 mm de gruix i/o d'amplada. S'usa per fer barres quadrades, rodones i filferros.

• El tren de laminat està format per un conjunt de rodets posats en línia, i la separació entre aquests es redueix a cada pas.

• El laminatge en fred augmenta l'acritud de les peces.

• El trefilatge serveix per aconseguir filferros o barres molt petites. Això s'obté al estirar el fil i fer-lo passar per un forat o espai reduït entre rodets (en aquest cas serà una matriu).

La forja

La forja consisteix a conformar el material a base d'aplicar forces de compressió a una part de la peça amb un martell mecànic o amb premses que deformaran el material. Es pot fer en fred o en calent igual que la laminació amb els mateixos problemes i inconvenients.

• La forja per estampació: Se sotmet la peça a compressió, aquesta està col·locada entre 2 estampes o matrius. Aquestes a part de comprimir també encunyen i emboteixen.

• La forja amb martinet: S'usa amb matrius tancades, aquesta al mateix temps puja i baixa com una enclusa. Es posa el metall calent sobre una de les meitats, l'altra la colpeja varies vegades, així el material fluirà en totes direccions fins omplir tota la matriu. D'aquí s'obtenen peces com martells, escarpres,…

• La forja amb premsa: Se canvia la força mecànica per la hidràulica. S'introdueix el material calent dintre la matriu, es comprimeix, aquesta la bombeja i surt la peça pel forat fixat (canons, tubs,…). La pressió emprada és de 3900 kp/cm2 aprox.

Peça obtinguda

• La forja per recalcat: Consisteix en aixafar una barra, fer-la que augmenti la secció i reduir-ne la longitud. La matriu està dividida en 2 parts per separar-les i treure i ficar el material. S'obtenen claus, reblons, cabotes,…

L'embotició

Consisteix a transformar una xapa plana d'un metall laminat en una peça

• Embotició directa: Es posa una planxa metàl·lica sobre la meitat inferior d'una matriu (aquesta té un contorn determinat). L'altra meitat té el contorn invertit i que està subjecte a l'èmbol de la premsa hidràulica que anirà baixant fins ajustar-se a l'altra. Així obtindrem la planxa embotida.

• Embotició per estirament: Consisteix a fer passar una peça embotida anteriorment. Se'l fa passar per un forat més petit. Això serveix per obtenir llaunes, cartutxera,…

• Embotició negativa: Inverteix les línies de flux formades a l'embotició per estirament fins a formar un cilindre.

El cisallament

Es talla una peça metàl·lica en 2 parts.

Funcionen com les tisores, amb una part fixa i una mòbil que és la que incideix en l'altra i llavors talla.

El plegament

És el procediment de fabricació que consisteix a deformar peces per corbar-los o plegar-los.

Tot això es porta a terme amb màquines plegadores o amb eines manuals. Es treballa amb forces d'entre 700 i 9000 kN i amb longituds d'entre 2500 i 6000mm.

Conformació amb arrencament de ferritja

La ferritja és una proporció de metall arrencada per una eina de tall (permet tallar les peces, donar un acabat superficial,…). Les màquines-eina són màquines que porten una eina de tall incorporada.

Els objectius són que aguanti moltes hores treballant, sense predre la capacitat de tallar, treient la màxima quantitat de ferritja, amb unes grans velocitats.

Les condicions estan prefixades pel fabricant de l'eina:

• Velocitat de tall (mm/min): velocitat lineal entre 2 punts de la peça i l'eina (aresta de tall) que estan en contacte.

• Avanç de l'eina (mm/min): avanç que l'eina és capaç de fer, depenent de la velocitat lineal.

• Profunditat de passada (mm): fondària del material que pot treure l'eina, anomenada passada.

• Sistema de refrigeració: degut a l'energia tèrmica s'usen líquids refrigerants com les talandrines (barreges d'oli i aigua) i els olis de tall.

Les serres

Les serres de cinta

Són màquines de serrar que incorporen una cinta dentada que , mitjançant un moviment continu, arrenca les ferritges de la peça que s'ha de tallar mitjançant les dents. La peça és fixada a la bancada amb una mordassa i la cinta és refrigerada contínuament.

Esta formada per les següents parts: la bancada (feta amb fosa o acer soldat); la mordassa (serveix per subjectar la peça que s'ha de tallar); l'arc (envolta la cinta); motor (dóna la velocitat de tall i té un mecanisme hidràulic per regular (la velocitat de la cinta) la velocitat d'avanç.

Les serres circulars

Les parts més importants són:

Capçal de la màquina: és una eina en forma de disc i un alçaprem per poder fer baixar o pujar el disc de tall manualment. Pot girar 45º per permetre fer talls en angle. Té 2 velocitats de rotació de 3000/1500 rpm.

Una mordassa, per subjectar la peça.

El trepant

S'usa per fer forats. Aprofitant el moviment de rotació i d'avanç d'una broca, mentre que la peça queda fixa.

Descripció

Les serves parts més importants són:

• Base de la màquina: suporta el conjunt del trepant.

• Columna: peça de gran rigidesa que ha d'aguantarels esforços de flexió provenint de la taula de treball i ha de suportar el pes del capçal. Hi porta incorporada una cremallera.

• Capçal: transmet el moviment de gir al fusell portabroques. El trepant porta al capçal un canvi de velocitat, que pot ser amb engranatges o amb politges escalonades, tot depenent del tamany del diàmetre de la broca.

• Taula de treball: peça de fosa rígida i que aguanta fortament les peces a trepanar. A més de la mordassa, permet l'entrada dels caragols de subjecció dels accessoris necessaris.

Les broques

• Cos: format per dues ranures helicoïdals (estries o canals). Per dins les estries serà per on passarà la ferritja arrencada.

• Punta: contacta amb el material i s'encarrega de devastar. Formada per 2 llavis que han de formar un angle d'entre 8 i 12º. Un altre angle important és el format pels pendents dels 2 llavis, aquest estarà en funció del material que s'ha de treballar.

• Espiga: lloc de subjecció entre l'eina i la màquina. Poden ser cilíndriques (inferiors a 16mm de diàmetre) o còniques (per a diàmetres superiors).

El torn

És una màquina- eina que subjecta la peça per donar-li un moviment de rotació mentre que una eina entra en contacte amb la peça en moviment. La gran pressió que existeix entre l'aresta de tall de l'eina i la peça que s'ha de transformar fa possible l'arrencament de la ferritja.

Descripció

• Bastidor: format per una bancada. A la part superior es troben les guies que serveixen de pistes per al carro longitudinal i per al contrapunt.

• Capçal: subjecta l'arbre principal encarregat de transmetre un moviment giratori o al plat de grapes. L'arbre de treball o eix principal: permet la variació del sentit de gir i de la velocitat de rotació. Plat de grapes: cos d'acer on s'hi troben ubicades 3 o 4 peces (grapes) que subjecten la peça.

• Contrapunt: suporta l'extrem de les peces i les que per la seva longitud no poden ser tornejades a l'aire. També serveix per foradar.

• Carros: condueix l'eina de tall per damunt de la bancada.

Carro inferior o longitudinal: s'encarrega de guiar el carro transversal i de fer el moviment longitudinal, lliscant sobre la bancada per mitjà d'un mecanisme cremallera- pinyó que pot ser manual o automàtic.

Carro transversal: llisca sobre la part superior del longitudinal, perpendicular al moviment d'aquest altre carro. Accionat per un cargol- femella.

Carro superior o portaeines: damunt del tranversal pensat per subjectar l'eina de tall. És orientable (45º- 0º- 45º),

• Caixa d'avanços i de roscar: dóna moviment variable i permet el canvi de sentit de la barra de cilindrar i de la barra de roscar.

Tipus d'operacions i eines

Escairat: arrenca material i fa desplaçar el carro tranversal (exterior o interior).

Cilindrat: arrenca material i fa desplaçar el carro longitudinal.

Tornejat d'interiors o mandrinat: cilindrat interior.

Roscat: consisteix a fer damunt la peça que gira una regata helicoïdal amb l'eina de tall. Per arrencar material es desplaça longitudinalment un valor igual al pas de rosca (exteriors o interiors).

Segat: fa una regata tranversal fins a arribar al centre de la peça per tallar-la.

Foradat: es fa una regata des del contrapunt, amb l'ajuda d'un portabroques.

Debastat: treu la major quantitat de material d'una peça, sense importar la qualitat superficial.

La fresadora

Permet arrencar ferritja en superfícies de geometria plana, convexa i còncava. La peça queda immòbil, la taula es pot desplaçar i la fresa es mou amb un moviment re rotació.

Descripció de la fresadora

• Bastidor: encarregada de suportar els altres elements i també d'absorbir totes les vibracions. A la part superior hi ha una guia que serveix per suportar l'arbre principal que porta incorporat un eix, regulat per una caixa de canvi, on s'hi acoblarà l'eina de tall.

• Arbre principal: suporta l'eina de treball o fresa.

• Mènsula: controla el moviment de pujada i baixada de la taula. Fet de fosa ja que absorbeix molt bé les vibracions que es generen.

• Carro tranversal: es desplaça sobre la guia de la mènsula per permetre que la taula es pugui desplaçar frontalment.

• Taula: suporta les peces que s'han de mecanitzar, els seus moviments frontals i longitudinals poden ser manuals o automàtics

• Caixa de velocitats: ubicada a la part superior del bastidor, la seva distribució cinemàtica permet controlar la velocitat de rotació de l'eina.

• Caixa d'avanços: porta un mecanisme que el permet desconnectar-se a la caixa de canvi. La caixa del canvi ens permetrà regular la velocitat de passada.

Tipus d'operacions i eines

Ranurar: consisteix a fer una canal petita en la superfície de la peça.

Escairar: operació la qual es fa un angle recte.

Planejar: deixa la superfície d'una peça totalment paral·lela a la superfície de la taula.

Engrandir forats.

Fer caixes: buidat d'una superfície.

Aixamfranar: pla format al cantell d'un cos de manera que formi angles obtusos amb les dues cares d'aquests.

Foradar: obertura circular que travessi una peça o s'hi fiqui endins.

Conformació amb arrencament de partícules

La rectificadora

Es realitza per realitzar acabats superficials molt precisos. La seva eina de tall rep el nom de mola formada per minúscules partícules tallants o abrasives unides per mitjà d'un material aglomerat.

Hi ha diferents classes de rectificadores segons la geometria de les peces que s'ha de rectificar:

• Rectificadora de superfícies cilíndriques. Rectifica peces que provenen del torn.

Consta d'una bancada on es troben els mecanismes hidràulics que permeten els seu desplaçament horitzontal. També hi ha una taula de treball que serveix per subjectar l'aparell portapeces que pota incorporat un motor per donar moviment rotatori a la peça i un cotrapunt.

• Rectificadora de superfícies planes. Els canvis més importants só l'orientació de la mola i la manera de subjectar la peça que s'ha de rectificar damunt la taula.

Màquines d'electroerosió

El mecanitzat electroerosiu, és un mètode que consisteix a erosionar el material que s'ha de mecanitzar amb l'ajut d'un efecte tèrmic i un efecte dinàmic, en una zona molt localitzada de la peça que s'ha de mecanitzar.

Per aconseguir-ho es necessita un ànode i un càtode. També es necessita l'ajuda d'un dielèctric capaç d'ionitzar-se que entre el càtode i l'ànode hi ha una diferència de potencial.

El CNC (Computer Numerical Controler)

Principi de funcionament

És una màquina-eina, un ordenador, interfície i un cable de connexió RS232 entre l'ordinador i la interfície.

Per aconseguir una màquina de gran precisió es necessita:

• Elements de transmissió no han de tenir joc, i molt lleugers.

• Noves estructures per evitar les vibracions.

• Torreta d'eines, que serveix per a guardar les eines.

Introducció a la programació

Primer s'ha de controlar els moviments de la màquina que els desplaçaments de l'eina es controlen a partir del zero màquina o absolut: X = 0 Z = 0.

En els torns el zero absolut se situa en el centre els plat o a l'extrem del punt. Abans de començar a escriure el programa és necessaris saber que aquest s'organitza en blocs, que aquests duen la informació per governar la màquina.

ORDRES DE TREBALL

Ordres preparatòries

Es fiquen a l'inici a la fi del programa.

• Ordre G53 Trasllada el zero màquina a una altre punt.

• Ordre G90 Programar en cotes absolutes vol dir que les cotes sempre es referencien des del zero peça.

• Ordres: F, S G94, G95, G96 i G97 Defineixen les velocitats i els avanços de la peça i de l'eina respectivament.

Velocitat de gir del plat G96 en m/minut.

G97 en rpm.

Avanç eina: G94 en mm/minut.

G95 en mm/revolució.

• Ordre T Programar l'eina de tall (cilindrar, refrentar, roscar, segar,...)

Ordres de desplaçament de l'eina

Desplaçar l'eina perquè descrigui les trajectòries desitjades.

• Ordre G0 Es desplaça l'eina quan aquesta no treballa.

• Ordre G1 Els desplaçaments programats recorren una línia recta, la velocitat de desplaçament correspondrà al valor en F.

• Ordre G2 i G3 La G2 circula en sentit horari i la G3 en sentit antihorari. Els moviments són trajectòries circulars.

Ordres per cicles fixos de treball

És el procés de desbast del material, la qual cosa es fa en varies operacions.

• Ordre G68 Hi ha diferents ordres segons el cicle de treball que vénen definides per la geometria de la peça que s'ha d'obtenir.

Ordres auxiliars

M00 Aturada temporal del programa

M30 El programa s'ha acabat.

M3 Fa girar el plat del torn en sentit horari.

M4 Fa girar el plat del torn en sentit antihorari.

Avantatges del CNC

• Estalvia de temps de desplaçament de l'eina quan no treballa.

• Augment de la precisió en l'acabat superficial, al mantenir una velocitat de tall constant.

• Estalvi de temps en el canvi d'eines.

• Reduir el temps dedicat al control de qualitat.

45

Calibrat

Sinterització

Premsat

Material en pols

Pistó

Pistó