miércoles, 26 de octubre de 2011

Procesos de cambio de forma.

Proceso de cambio de forma.

Fundición y colado (Al alto vacío, Centrífuga, Precisión)

Hierro colado o fundición.

La principal diferencia entre acero y hierro colado, es que el primero es plástico
y forjable, mientras que el  segundo no  es  lo suficientemente plástico para forjarlo a cualquier temperatura.

El hierro colado o fundición, fundamentalmente  es una  aleación a  base de: hierro, silicio y  carbono. E l contenido de carbono es  más el evado que en los aceros que varían desde 2.5 a 4.0%.

Existen dos  tipos de  hierro colado o fundición: la fundición gris y  la fundición blanca, cuyo nombre lo recibe por el  color característico en la fractura de una pieza colada.

Fundición gris.

Es excelente para obtener piezas complicadas de maquinaria, pues es  muy fluido cuando s e halla fundido y  l lega con bastante facilidad a todas las partes de un molde, además de ser maquinable es duro y frágil.


Fundición blanca.

Es más frágil que la fundición gris se emplea principalmente para obtener el  hierro maleable, el  cual se obtiene recociendo la fundición blanca y  convertirla en un hierro más dúctil y tenaz.

El hierro maleable, se emplea principalmente en  piezas automotrices, arados, tractores, debido a su tenacidad y resistencia al choque.

El acero y  la fundición gris, son los dos materiales a los que s e l es exige el  mayor número de propiedades.

El herrero exige propiedades excelentes de forja y  soldadura, el  mecánico necesita un acero fácil de trabajar, el ajustador de herramientas exige un acero que temple bien y que tenga una gran resistencia de corte, por último el fundidor exige una fundición gris que pueda moldear con facilidad.

Fundición centrífuga.
 
La fundición centrífuga es un método en el que aprovecha la fuerza centrífuga que se puede general al hacer girar el metal en tordo de un eje. Existen tres tipos de fundición centrífuga:

• Fundición centrífuga real
• Fundición semicentrífuga
• Centrifugado 
Fundición centrífuga real.
Es el procedimiento utilizado para la fabricación de tubos sin costura, camisas y objetos simétricos, los moldes se llenan del material fundido de manera uniforme y se hace girar al molde sobre su eje de rotación.

Fundición semicentrífuga.

Es un método en el que el material fundido se hace llegar a los extremos de los moldes por la fuerza centrífuga que genera hacer girar a los moldes, los extremos se llenan del material fundido, con buena densidad y uniformidad. El centro tiene poco material o de poca densidad. Por lo regular el centro en este tipo de sistemas de fundición es maquinado posteriormente. 

Centrifugado.

Es un sistema donde por medio de un tallo se hace llegar metal fundido a racimos de piezas colocadas simétricamente en la periferia. Al poner a girar el sistema se genera fuerza centrífuga la que es utilizada para aumentar la uniformidad del metal que llena las cavidades de los moldes. 

Formado Mecánico (Prensado, Estirado, Cizallado, Doblado).

La deformación es únicamente uno de los diversos procesos que pueden usarse para obtener formas intermedias o finales en el metal.
 
El estudio de la plasticidad está comprometido con la relación entre el flujo del metal y  el  esfuerzo aplicado. S i ésta puede determinarse, entonces las formas más requeridas pueden realizarse por  la aplicación de fuerzas calculadas en direcciones específicas y a velocidades controladas.
 
Las maquinas, aparatos, herramientas y  diversos artículos mecánicos están formados por  muchas piezas unidas, tales como: pernos, armazones, ruedas, engranajes, tornillos, et c. T odas es tas piezas obtienen su forma mediante diferentes procesos mecánicos (Procesos de conformado), fundición, forja, estirado, laminado, corte de b arras y  planchas, y  por  sobre todo mediante arranque de virutas.

Embutido profundo y prensado.
 
El embutido profundo es  una extensión del  prensado en  la que a un  tejo de metal, se l e da una tercera dimensión considerable después de fluir a través de un da do. E l prensado s imple s e lleva a cabo presionando u n trozo de metal entre un punzón y una matriz, así como al  indentar un blanco y dar al producto una medida rígida. Latas para alimentos y botes para bebidas, son los ejemplos más comunes.

Estirado. 
Este es  esencialmente un proceso para la producción de formas en hojas de metal. Las  hojas s e estiran sobre hormas conformadas en donde se deforman plásticamente hasta asumir los perfiles requeridos. Es un proceso de trabajo en frío y es generalmente el menos usado de todos los procesos de trabajo.

Cizallado.

Es un proceso de conformado mecánico por corte, el cual implica al metal a someterlo a tensiones cortantes arriba de su resistencia, hasta obtener la superficie del metal. Esto se lo realiza por medio de guillotinas.

Doblado.

Es un conformado mecánico por flexión en el que el metal es obligado a tomar nuevas formas por movimiento o flujo de plástico. Sin alterar su espesor de forma que todas las secciones permanezcan constantes.

Maquinado (Tradicionales y Automatizados)

Maquinado tradicional.
  
Proceso mediante el  cual se remueve metal para dar forma o acabado a una pieza. Se utilizan métodos tradicionales como el torneado, el taladrado, el corte, y el  amolado, o métodos menos tradicionales que usan como agentes la electricidad o el ultrasonido. 

Taladro.
   
La máquina perforadora o taladros de prensa son esenciales en cualquier taller
metal-mecánico. Un taladro consta de  un  eje (que hace girar la broca y  puede avanzar hacia la pieza de trabajo, ya sea automática o manualmente) y  una mesa de trabajo (que sostiene rígidamente la pieza de trabajo en posición cuando s e hace la perforación). Un  taladro se utiliza principalmente para hacer perforaciones en metales; sin embargo, también pueden llevarse a cabo operaciones como roscado, rimado, contrataladro, abocardado, mandrinado y
refrentado.

Torneado.  

Proceso de maquinado que se utiliza par a crear piezas cilíndricas. El torneado se suele realizar en un torno. 

Torno.
 
Es la máquina herramienta más antigua y por lo tanto la más importante, sin el torno no habría sido posible el gran avance industrial.

En las máquinas de tornear, se forman o trabajan piezas, mediante arranque de viruta. E l modo de trabajar en cada paso de torneado, se rige por  la forma, tamaño y  número de piezas que han de elaborarse, así como por la calidad superficial exigida en las mismas.

Fresado.
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
El fresado consiste en  maquinar  circularmente todas las superficies de formas variadas; planas, convexas, cóncavas, etc. Este trabajo se efectúa con la ayuda de herramientas especiales llamadas fresas.

Las fresas pueden considerarse como herramientas  de  cortes múltiples que tienen sus ángulos particulares.

La combinación de dos movimientos: giro de la fresa y avance de la mesa de la velocidad de corte.

Las máquinas para fresar reciben el nombre de fresadoras, en las cuales también pueden efectuarse trabajos de di visión, tallado de engranes, c uñeros y en general todo tipo de fresado.

Clasificación de las fresadoras:

La orientación del árbol principal, respecto a la superficie de la mesa, determinan el tipo de fresadora. Las principales fresadoras son:

Fresadora horizontal.- recibe es te nombre debido a que el  e je del  árbol principal es paralelo a la superficie de la mesa.

Fresadora vertical.- en la cual el  eje del  árbol principal está en posición perpendicular a la superficie de la mesa.

Fresadoras universales.- reciben dicho nombre debido a que el  árbol
portafresa, pueden inclinarse a cualquier ángulo con respecto a la superficie de la m esa, a demás puede adaptarse de horizontal a vertical y  viceversa, por otra p arte el carro transversal, está montado s obre una base graduada en  grados geométricos, lo que permite orientar y fijar al ángulo requerido.

Maquinado Automatizado.
El maquinado automatizado es un conjunto de procesos químicos, térmicos y eléctricos para el maquinado de piezas de metal. A menudo se les llama colectivamente procesos no convencionales o no tradicionales.
El término automatización también se ha utilizado para describir sistemas no destinados a la fabricación en los que dispositivos programados o automáticos pueden funcionar de forma independiente o semiindependiente del control humano. En comunicaciones, aviación y astronáutica, dispositivos como los equipos automáticos de conmutación telefónica, los pilotos automáticos y los sistemas automatizados de guía y control se utilizan para efectuar diversas tareas con más rapidez o mejor de lo que podría hacerlo un ser humano.
Se caracterizan por la insensibilidad a la dureza del material de la pieza de trabajo, de ahí que sean adecuados para formar piezas con la base en materiales completamente tratados térmicamente, evitando así los problemas de distorsión y de cambio dimensional que con frecuencia acompañan al tratamiento térmico.
Algunos procesos son exclusivamente para la eliminación del material, pero los de haces de alta energía también se pueden usar para unir.
Maquinado químico.

Este método se basa en que algunas sustancias como soluciones ácidas (para aceros) o alcalinas (para el aluminio) corroen al metal por disolución química y le quita pequeñas cantidades de material de su superficie. En la figura 1 se puede observar el esquema del proceso. Es importante notar que no intervienen fuerzas ni herramientas como si ocurre en las técnicas convencionales.

El maquinado químico se aplica en la industria aeroespacial para eliminar capas superficiales de material en partes grandes de aviones o cubiertas de misiles. También se utiliza para fabricar dispositivos microelectrónicos como tarjetas de circuito impreso o chips de microprocesadores. Este proceso tiene la característica de que los costos de herramientas y equipos son bajos y es adecuado para corridas cortas de producción.

Maquinado electroquímico.

El principio de funcionamiento de esta técnica es el de electrodeposición invertida. Un electrolito (sal inorgánica muy conductora) funciona como portador de corriente y la gran rapidez de movimiento del electrolito en el espacio entre la herramienta y la pieza, arrastra y retira los iones metálicos de la pieza (ánodo) antes de que tengan oportunidad de depositarse sobre la herramienta (cátodo). La velocidad de penetración de la misma es proporcional a la densidad de corriente y no se afecta por la resistencia, dureza, o la tenacidad de la pieza.

El maquinado electroquímico se utiliza en la industria aeroespacial, para la producción en masa de álabes de turbinas y partes de motor de reacción y toberas. Tiene las ventajas de no causar daños térmicos en la pieza, no produce desgaste de herramienta, y puede producir formas complicadas con cavidades profundas en materiales duros. En la actualidad existen centros de maquinados controlados numéricamente que logran la mayor rapidez de remoción de material entre todos los procesos no tradicionales de maquinado.

Como desventaja, este método posee herramientas y equipos costosos y consume mucha energía. Asimismo, éste no es conveniente para producir esquinas agudas ni fondos planos ya que el electrolito tiende a erosionar y quitar perfiles agudos.

Rectificado electroquímico.

Esta técnica combina el maquinado electroquímico con el rectificado normal. La piedra rectificadora es un cátodo giratorio embebido en partículas abrasivas. Los abrasivos tienen las funciones de servir como aislantes entre la piedra y la pieza y de quitar mecánicamente los productos de la electrólisis del área de trabajo. Ya que sólo alrededor del 5% de la remoción es por acción del abrasivo (el resto es por el electrolito), el desgaste de la piedra es muy bajo.

Como ventaja principal, el proceso presenta mayor rapidez de remoción que en el rectificado convencional con una duración de herramienta mucho más grande inclusive para materiales con elevada dureza.

Electroerosión.

El proceso de electroerosión es uno de los procesos avanzados de maquinado que más se usan en la actualidad. Su principio de funcionamiento se basa en la erosión de los metales mediante chispas de descarga eléctrica. En la figura 4 se muestra el esquema de operación en el cual la herramienta de formado y la pieza están conectadas a una fuente de corriente continua, ambas inmersas en un fluido dieléctrico (aceite mineral). Las funciones del mismo son actuar como aislante hasta cierta diferencia de potencial, limpiar y retirar desechos, y servir de refrigerante. Cuando la diferencia de potencial entre la herramienta y la pieza llega a un valor crítico, se descarga una chispa que atraviesa el fluido y quita una cantidad pequeña de metal de la superficie de la pieza.

La electroerosión se puede utilizar en cualquier material que sea conductor eléctrico y la dureza, tenacidad y resistencia del material no influyen sobre la velocidad de remoción.
Para controlarla, se puede variar la frecuencia de descarga o la energía por descarga así como el voltaje y la corriente.

Electroerosión con alambre.

Es una variación del proceso de electroerosión y también se lo conoce como electroerosión de hilo. Se puede ver como un alambre (que se mueve lentamente) describe una trayectoria predeterminada y corta la pieza. Las chispas de descarga funcionan como dientes de corte. El alambre suele ser de cobre o tungsteno y debe tener la resistencia tensil y tenacidad suficiente, así como gran conductividad eléctrica y capacidad de arrastrar los desechos producidos durante el corte.

Las máquinas de electroerosión con alambre de última generación poseen controles computarizados para regular la trayectoria de corte del alambre, tienen varios cabezales  para cortar varias piezas simultáneamente e incluyen funciones de control para evitar la ruptura del alambre. Estas máquinas son extremadamente caras pero poseen la capacidad de cortar placas de hasta 30 cm de espesor.

Maquinado con rayo láser.

En este caso, la energía luminosa proveniente de una fuente láser se concentra sobre la superficie fundiendo y evaporando de forma controlada la pieza. Los parámetros relevantes son la reflectividad y la conductividad térmica de la pieza, así como sus calores específicos y latentes de fusión y evaporación.

El maquinado con rayo láser se usa para taladrar y cortar metales, materiales no metálicos, cerámica y materiales compuestos y pueden cortar placas hasta de 32 mm.
También se usan para soldar, para hacer tratamientos térmicos localizados y para marcar partes. Esta técnica se usa cada vez más en las industrias automotriz y electrónica compitiendo con el maquinado por electroerosión.

Como desventaja, se ve que la superficie obtenida por este método es áspera y tiene una zona afectada por el calor, que luego habrá que remover o tratar térmicamente. Además, los equipos involucrados son muy costosos y consumen mucha energía.

Maquinado con haz de electrones y corte con arco de plasma.

La fuente de energía está formada por electrones de alta energía que chocan con la superficie de la pieza y generan calor. Se usan voltajes del orden de los 100kV para llevar a los electrones a velocidades de casi el 80% de la velocidad de la luz. En términos de aplicaciones es muy parecido al maquinado por rayo láser con la diferencia que necesita de un vacío.

Este proceso realiza cortes muy exactos para una amplia gama de metales. Como se mencionó antes, tiene la gran desventaja de necesitar de un vacío para trabajar. También es importante resaltar que la interacción del haz de electrones con la superficie produce rayos X los cuales son perjudiciales. Por tanto, estas máquinas deben ser manipuladas por personal altamente capacitado.

Maquinado con chorro de agua.

En este método se utiliza la fuerza debida al cambio de la cantidad de movimiento del chorro en operaciones de corte y desbarbado. El chorro funciona como una sierra y corta una ranura angosta en la pieza.

Se pueden cortar materiales como madera, telas, ladrillos, cuero y papel de hasta 25mm de espesor. Se usa para cortar tableros de instrumentación en automóviles, y algunas láminas de carrocería. Es una operación eficiente y limpia, y por eso se utiliza en la industria de alimentos para cortar productos alimenticios.

Maquinado con chorro abrasivo.

 Se apunta un chorro de alta velocidad de aire seco (o nitrógeno) con partículas abrasivas a la superficie de la pieza. El choque genera una fuerza concentrada apta para cortar materiales metálicos y no metálicos, para desbarbar o eliminar esquirlas, o para limpiar una pieza con superficie irregular.

El método de maquinado con chorro abrasivo tiende a redondear las aristas agudas en esquinas. Otra desventaja que presenta es el riesgo causado por las partículas abrasivas suspendidas en el aire.


 




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