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Proyecto fin de carrera realizado por José María Juez para obtener el titulo de Ingeniero técnico Industrial en la especialidad de mecanica por la universidad de Extremadura (uex)

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    Técnicas de conformación mecánica Técnicas de conformación mecánica Document Transcript

    • Manual de técnicas para laconformación mecánica José María Juez Gil Inocente Cambero Rivero
    • Manual de técnicas para la conformación mecánica José María Juez Gil Inocente Cambero Rivero
    • Todos los derechos reservados. No está permitida la reproducción y/o transmisiónde la totalidad o parte de esta obra por procedimiento gráfico o informático alguno, sin permiso escrito de los autores.I.S.B.N. 978-84-692-4495-1
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA ÍNDICE ÍNDICEBLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.1 INTRODUCCIÓN AL MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. .... 151.1 Materiales mecanizables. ................................................................................ 151.2 Maquinabilidad de los metales. ....................................................................... 161.3 Tipos de mecanizados. .................................................................................... 171.4 Procesos empleados en el mecanizado por arranque de material. ................ 182 MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL: CON CONTACTO DIRECTO. ........................................................................................................ 202.1 Herramientas de corte. Estudio del arranque de material. .............................. 20 2.1.1 Elementos principales de las herramientas de corte. ........................ 20 2.1.2 Geometría de la herramienta de corte. .............................................. 20 2.1.3 Características de trabajo de las herramientas de corte. .................. 21 2.1.4 Materiales para las herramientas de corte. ....................................... 22 2.1.5 Ángulos de corte en las cuchillas....................................................... 28 2.1.6 Influencias de los ángulos de la cuchilla en el mecanizado. ............. 30 2.1.7 Duración de la herramienta................................................................ 31 2.1.8 Desgaste y afilado de las herramientas de corte. .............................. 31 2.1.9 Criterios para determinar la vida de la herramienta........................... 33 2.1.10 Tratamientos térmicos para las herramientas de corte. .................... 33 2.1.11 Recubrimiento de las herramientas de corte. .................................... 33 2.1.12 Geometría del rompevirutas. ............................................................. 39 2.1.13 Formación de la viruta. Clases de virutas. ......................................... 39 2.1.14 Sistemas de sujeción de la plaquita................................................... 412.2 Torno. .............................................................................................................. 43 2.2.1 Tipos de tornos. ................................................................................. 43 2.2.2 Componentes principales de un torno. Mecanismo del torno............ 45 2.2.3 Herramientas y operaciones principales realizadas en un torno. ...... 49 2.2.4 Características técnicas del torno. ..................................................... 52 2.2.5 Operaciones de revisión en el torno. ................................................. 54 2.2.6 Parámetros de corte en el torno. ....................................................... 54 I
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA ÍNDICE2.3 Fresadora. ....................................................................................................... 61 2.3.1 Tipos de fresadoras. .......................................................................... 63 2.3.2 Componentes y accesorios principales. ............................................ 65 2.3.3 Herramientas y operaciones realizadas en una fresadora. ............... 72 2.3.4 Características técnicas de las fresadoras. ....................................... 75 2.3.5 Operaciones de revisión en la fresadora. .......................................... 76 2.3.6 Parámetros de corte en la fresadora. ................................................ 772.4 Taladradora. .................................................................................................... 82 2.4.1 Tipos de taladradoras. ....................................................................... 83 2.4.2 Componentes principales. Mecanismo de la taladradora. ................. 85 2.4.3 Herramientas y operaciones realizadas en las taladradoras. ............ 88 2.4.4 Características técnicas de las taladradoras. .................................... 90 2.4.5 Operaciones de revisión en las taladradoras .................................... 90 2.4.6 Parámetros de corte en la taladradora. ............................................. 912.5 Mandrinadora. .................................................................................................. 95 2.5.1 Componentes y accesorios principales. ............................................ 96 2.5.2 Herramientas y operaciones realizadas en una mandrinadora. ........ 97 2.5.3 Características técnicas de la mandrinadora. .................................... 99 2.5.4 Operaciones de revisión en la mandrinadora. ................................. 100 2.5.5 Parámetros de corte en la mandrinadora. ....................................... 1002.6 Limadora. ....................................................................................................... 103 2.6.1 Tipos de limadoras. .......................................................................... 104 2.6.2 Componentes principales. Mecanismo en una limadora. ................ 105 2.6.3 Herramientas y operaciones realizadas en una limadora................ 107 2.6.4 Características técnicas de las limadoras. ...................................... 108 2.6.5 Operaciones de revisión en la limadora. ......................................... 109 2.6.6 Parámetros de corte en la limadora. ................................................ 1092.7 Cepilladora. .................................................................................................... 111 2.7.1 Tipos de cepilladoras. ...................................................................... 112 2.7.2 Componentes principales de las cepilladoras. ................................ 113 2.7.3 Herramienta y operaciones principales. .......................................... 114 2.7.4 Características principales de las cepilladoras. ............................... 115 2.7.5 Operaciones de revisión en las cepilladoras. .................................. 115 II
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA ÍNDICE 2.7.6 Parámetros de corte en la cepilladora. ............................................ 1162.8 Brochadora. ................................................................................................... 117 2.8.1 Tipos de brochadoras. ..................................................................... 118 2.8.2 Componentes principales. ............................................................... 119 2.8.3 Herramientas y operaciones principales. ......................................... 119 2.8.4 Características de las brochadoras. ................................................ 122 2.8.5 Parámetros de corte en las brochadoras. ....................................... 1232.9 Mecanizado por abrasivos. ............................................................................ 124 2.9.1 Clases de abrasivos......................................................................... 125 2.9.2 Aplicaciones de los abrasivos. ......................................................... 125 2.9.3 Máquinas para el mecanizado por abrasivos. ................................. 126 2.9.4 Operaciones principales realizadas por los abrasivos..................... 1273 MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL: SIN CONTACTO DIRECTO. ...................................................................................................... 1293.1 Electroerosión. ............................................................................................... 129 3.1.1 Fundamento teórico: ........................................................................ 129 3.1.2 Tipos de procesos en la electroerosión: .......................................... 1313.2 Proceso de electroerosión por penetración o Ram EDM .............................. 131 3.2.1 Electrodos en la electro-erosión por penetración. ........................... 132 3.2.2 Máquinas de electroerosión por penetración. .................................. 132 3.2.3 Ventajas e inconvenientes del proceso de EDM: ............................ 133 3.2.4 Aplicaciones del proceso de electro-erosión por penetración: ....... 1343.3 Proceso de electro-erosión por hilo o WEDM: .............................................. 134 3.3.1 Hilo en la electro-erosión por hilo. ................................................... 136 3.3.2 Máquinas de electroerosión por hilo. ............................................... 137 3.3.3 Ventajas e inconvenientes del proceso de EDW. ........................... 138 3.3.4 Métodos de corte en el proceso de electroerosión por hilo. ............ 139 3.3.5 Obtención de geométricas en el proceso de EDW. ......................... 139 3.3.6 Aplicación del proceso de electroerosión por hilo. .......................... 1403.4 Conformado por ultrasonidos. ....................................................................... 141 3.4.1 Clasificación de maquinas para el conformado por ultrasonidos. .. 141 3.4.2 Componentes principales del conformado por ultrasonidos. ........... 142 3.4.3 Herramienta de conformado por ultrasonidos. ............................... 143 III
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA ÍNDICE 3.4.4 Aplicaciones del conformado por ultrasonidos: .............................. 1434 MECANIZADO ESPECIAL. .......................................................................... 1444.1 Mecanizado electrolítico. ............................................................................... 144 4.1.1 Procedimiento de mecanizado electrolítico: .................................... 144 4.1.2 Aplicaciones del mecanizado electrolítico: ...................................... 145 4.1.3 Ventajas e inconvenientes del mecanizado electrolítico: ................ 1455 NUEVAS TENDENCIAS EN EL MECANIZADO POR ARRANQUE DE VIRUTA. ........................................................................................................ 1465.1 Equipos con cinemática avanzada. ............................................................... 1465.2 Mecanizado de alta velocidad. MAV. ............................................................ 148 5.2.1 Herramientas de un MAV................................................................. 148 5.2.2 Aplicaciones. Ventajas e inconvenientes del MAV. ......................... 1495.3 Mecanizado en seco. ..................................................................................... 1505.4 Mecanizado de precisión y ultraprecisión. ..................................................... 151BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA.1 INTRODUCCIÓN AL CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA. 1521.1 Clasificación de los procesos de deformación plástica. ................................ 1521.2 Efecto de la temperatura en el proceso de deformación plástica.................. 1531.3 Características de las estructuras metalúrgicas en los procesos deconformación. ........................................................................................................ 1541.4 Tratamientos aplicados en los procesos de deformación plástica. ............... 1551.5 Comportamiento elástico-plástico de las piezas metálicas. .......................... 1572 DEFORMACIÓN PLÁSTICA EN FRIO. ........................................................ 1602.1 Materiales utilizados en los procesos de deformación plástica. .................... 1602.2 Operaciones principales en la deformación plástica en frío. ......................... 1612.3 Cizallado. ....................................................................................................... 161 2.3.1 Descripción del proceso de cizallado. ............................................. 161 2.3.2 Herramientas en el cizallado............................................................ 162 2.3.3 Consideraciones en el cizallado. ..................................................... 162 2.3.4 Parámetros de corte en el cizallado. ............................................... 1622.4 Doblado. ........................................................................................................ 163 IV
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA ÍNDICE 2.4.1 Descripción del proceso de doblado. ............................................... 163 2.4.2 Herramienta en el doblado............................................................... 164 2.4.3 Parámetros de corte en el doblado. ................................................. 1652.5 Estampación en frío. ...................................................................................... 166 2.5.1 Descripción del proceso de estampación en frio. ............................ 166 2.5.2 Herramientas en la estampación en frío. ......................................... 167 2.5.3 Parámetros de corte en la estampación en frío. .............................. 1672.6 Embutición. .................................................................................................... 168 2.6.1 Descripción del proceso en la embutición. ...................................... 168 2.6.2 Herramientas en la embutición. ....................................................... 169 2.6.3 Parámetros de corte en la embutición. ............................................ 1702.7 Troquelado o punzonado. .............................................................................. 173 2.7.1 Descripción del proceso de troquelado o punzonado...................... 173 2.7.2 Herramientas en el troquelado o punzonado. .................................. 173 2.7.3 Parámetros de corte en el troquelado o punzonado........................ 1742.8 Estirado y trefilado. ........................................................................................ 176 2.8.1 Descripción del proceso de estirado. ............................................... 176 2.8.2 Máquinas para estirar. ..................................................................... 177 2.8.3 Materiales para estirado. ................................................................. 177 2.8.4 Operaciones del estirado. ................................................................ 177 2.8.5 Trefilado. .......................................................................................... 178 2.8.6 Máquinas de trefilar. ........................................................................ 179 2.8.7 Operaciones del trefilado. ................................................................ 1792.9 Otras operaciones. ........................................................................................ 179 2.9.1 Estampado por impacto. .................................................................. 180 2.9.2 Conformación por explosión. ........................................................... 180 2.9.3 Entallado. ......................................................................................... 180 2.9.4 Conformado electrohidráulico. ......................................................... 180 2.9.5 Estampación con matriz flexible e hidroconformado. ...................... 1813 DEFORMACIÓN PLÁSTICA EN CALIENTE. .............................................. 1823.1 Forja. .............................................................................................................. 182 3.1.1 Proceso de la forja. .......................................................................... 183 V
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA ÍNDICE 3.1.2 Descripción del proceso de forja...................................................... 183 3.1.3 Temperatura de forja. ...................................................................... 184 3.1.4 Efectos que produce la forja. ........................................................... 185 3.1.5 Defectos de la forja. ......................................................................... 186 3.1.6 Materiales forjables. ......................................................................... 186 3.1.7 Máquinas utilizadas para la forja. .................................................... 1873.2 Estampación en caliente................................................................................ 189 3.2.1 Máquinas utilizadas para la estampación en caliente. .................... 189 3.2.2 Proyecto de estampa para estampación en caliente. ...................... 1903.3 Extrusión. ....................................................................................................... 191 3.3.1 Descripción del proceso de extrusión. ............................................. 191 3.3.2 Máquinas para extrusión.................................................................. 193 3.3.3 Metales y aleaciones extruidos. ....................................................... 193 3.3.4 Defectos de las extrusiones. ............................................................ 193 3.3.5 Aplicaciones de la extrusión en caliente. ......................................... 1943.4 Laminación. ................................................................................................... 194 3.4.1 Descripción del proceso de laminación. .......................................... 195 3.4.2 Máquinas utilizadas en la laminación .............................................. 195 3.4.3 Metales y aleaciones laminados. ..................................................... 196 3.4.4 Defectos en el laminado. ................................................................. 196 3.4.5 Operaciones de laminado de forma. ................................................ 197 3.4.6 Aplicaciones del laminado. .............................................................. 199BLOQUE III: CONFORMADO POR MOLDEO.1 INTRODUCCIÓN AL MOLDEO. ................................................................... 2001.1 Operaciones fundamentales del conformado por molde. .............................. 2001.2 Diagrama de procesos en el conformado por moldeo................................... 2011.3 Fundición. ...................................................................................................... 2031.4 Metales o aleaciones aptos para ser conformados por fundición. ................ 2031.5 Hornos para fundir metales. .......................................................................... 2041.6 Características tecnológicas de las piezas moldeadas. ................................ 2061.7 Defectos en el proceso de moldeo. ............................................................... 2061.8 Inspección de las piezas fundidas. ................................................................ 209 VI
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA ÍNDICE2 MOLDES NO PERMANENTES. ................................................................... 2102.1 Moldeo en arena. ........................................................................................... 2102.2 Ventajas e inconvenientes del moldeo en arena. .......................................... 2102.3 Construcción de los modelos......................................................................... 2112.4 Materiales utilizados en la fabricación de modelos. ...................................... 2122.5 Arenas de moldeo. ......................................................................................... 2122.6 Características de las arenas de moldeo. ..................................................... 2132.7 Clasificación de las arenas de moldeo. ......................................................... 2142.8 Aglutinante. .................................................................................................... 2152.9 Métodos de moldeo. ...................................................................................... 2162.10 Fabricación de piezas. ................................................................................... 2162.11 Máquinas de moldear. ................................................................................... 2213 MOLDES PERMANENTES. .......................................................................... 2223.1 Moldeo en coquillas. ...................................................................................... 2223.2 Núcleos de las coquillas. ............................................................................... 2223.3 Condiciones de trabajo de las coquillas. ....................................................... 2233.4 Procesos de moldeo con moldes permanentes. ........................................... 2243.5 Moldeo mecánico en coquillas....................................................................... 224 3.5.1 Moldeo en coquilla por gravedad. .................................................... 224 3.5.2 Moldeo en coquilla con inversión del molde. ................................... 226 3.5.3 Moldeo en coquilla con presión. ...................................................... 2263.6 Moldeo por centrifugado. ............................................................................... 228 3.6.1 Colada centrifuga. ............................................................................ 2294 MOLDES ESPECIALES................................................................................ 2304.1 Moldeado en cáscara .................................................................................... 230 4.1.1 Materiales empleados. ..................................................................... 230 4.1.2 Proceso de ejecución del moldeo en cáscara. ................................ 230 4.1.3 Ventajas e inconvenientes del moldeo en cáscara. ......................... 2324.2 Moldeo a la cera perdida. .............................................................................. 233 4.2.1 Proceso de obtención de las piezas. ............................................... 233 4.2.2 Ventajas e inconvenientes del moldeo a cera perdida. ................... 2354.3 Moldeo Mercast. ............................................................................................ 235 VII
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA ÍNDICE 4.3.1 Proceso de moldeo Mercast. ........................................................... 2364.4 Moldeo en yeso. ............................................................................................ 236 4.4.1 Procedimiento del moldeo en yeso. ................................................. 237 4.4.2 Ventajas e inconvenientes del moldeo en yeso. .............................. 2374.5 Moldeo al CO2................................................................................................ 237 4.5.1 Ventajas e inconvenientes del moldeo en CO2................................ 2385 METALURGIA DE POLVOS. PULVIMETALURGIA. ................................... 2395.1 Proceso de la pulvimetalurgia........................................................................ 239 5.1.1 Fabricación de los polvos metálicos. ............................................... 239 5.1.2 Compactación. ................................................................................. 239 5.1.3 Sinterización. ................................................................................... 240 5.1.4 Acabado. .......................................................................................... 2405.2 Características de la materia prima. .............................................................. 2415.3 Ventajas e inconvenientes de la pulvimetalurgia. .......................................... 2415.4 Aplicaciones de la pulvimetalurgia. ............................................................... 242BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN.1 UNIÓN POR SOLDADURA. ......................................................................... 2441.1 Clasificación de los procesos de soldadura. ................................................. 2441.2 Soldadura blanda y fuerte.............................................................................. 2461.3 Soldadura blanda. .......................................................................................... 246 1.3.1 Proceso de la soldadura blanda. ..................................................... 247 1.3.2 Aplicación de la soldadura blanda. .................................................. 2481.4 Soldadura fuerte. ........................................................................................... 248 1.4.1 Proceso de la soldadura fuerte. ....................................................... 249 1.4.2 Aplicaciones. .................................................................................... 2491.5 Cordón de soldadura. .................................................................................... 250 1.5.1 Clasificación de los cordones de soldadura. ................................... 250 1.5.2 Recomendaciones para la ejecución de cordones. ......................... 2521.6 Defectos en las soldaduras. .......................................................................... 2541.7 Ensayos en las soldaduras. ........................................................................... 256 VIII
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA ÍNDICE2 SOLDADURA POR REACCIONES QUÍMICA. ............................................ 2592.1 Soldadura con llama. ..................................................................................... 259 2.1.1 Ventajas e inconvenientes de la soldadura con llama. .................... 259 2.1.2 Métodos de soldadura. .................................................................... 260 2.1.3 Zonas de la llama. ............................................................................ 260 2.1.4 Aplicaciones de la soldadura por llama. .......................................... 261 2.1.5 Equipo necesario en la soldadura con llama. .................................. 262 2.1.6 Metales de aportación...................................................................... 265 2.1.7 Fundentes. ....................................................................................... 2652.2 Soldadura por explosión. ............................................................................... 266 2.2.1 Descripción del proceso................................................................... 266 2.2.2 Parámetros de control del proceso. ................................................. 268 2.2.3 Aplicaciones del proceso. ................................................................ 2682.3 Soldadura aluminotérmica. ............................................................................ 2693 SOLDADURA POR FUENTE ELÉCTRICA. SOLDADURA POR ARCO ELÉCTRICO. ................................................................................................. 2713.1 Tipo de corriente. ........................................................................................... 2713.2 Soldadura por arco eléctrico con electrodo de carbón. ................................. 2723.3 Soldadura por arco sumergido ...................................................................... 273 3.3.1 Materiales consumibles. .................................................................. 273 3.3.2 Aplicaciones. .................................................................................... 2743.4 Soldadura por electroescoria. ........................................................................ 274 3.4.1 Materiales consumibles. .................................................................. 274 3.4.2 Aplicaciones. .................................................................................... 2753.5 Soldadura a tope por chispa. ......................................................................... 275 3.5.1 Aplicaciones. .................................................................................... 2763.6 Soldadura por arco eléctrico con gas de protección. .................................... 276 3.6.1 Propiedades de los gases de protección y su influencia en la soldadura. ........................................................................................ 276 3.6.2 Gases de protección. ....................................................................... 278 3.6.3 Ventajas soldadura por arco con protección gaseosa. .................... 2783.7 Soldadura con electrodo de tungsteno y atmósfera inerte. ........................... 279 3.7.1 Tipos de corriente. ........................................................................... 279 IX
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA ÍNDICE 3.7.2 Electrodos. ....................................................................................... 280 3.7.3 Metal de aportación. ........................................................................ 281 3.7.4 Gas de protección. ........................................................................... 281 3.7.5 Equipo necesario para la realización de la soldadura TIG. ............. 282 3.7.6 Aplicaciones. .................................................................................... 2833.8 Soldadura por plasma.................................................................................... 284 3.8.1 Pistola de soldadura por plasma...................................................... 285 3.8.2 Aplicaciones ..................................................................................... 2853.9 Soldadura con hidrógeno atómico. ................................................................ 285 3.9.1 Equipo necesario para realizar la soldadura. .................................. 286 3.9.2 Aplicaciones. .................................................................................... 2863.10 Soldadura con electrodo consumible y gas ................................................... 286 3.10.1 Metal de aportación. ........................................................................ 287 3.10.2 Gases de protección. ....................................................................... 287 3.10.3 Equipo necesario. ............................................................................ 288 3.10.4 Ventajas del proceso. ...................................................................... 2884 SOLDADURA ELÉCTRICA. OTROS MÉTODOS DE SOLDADURA. ......... 2894.1 Soldadura por haz de electrones ................................................................... 289 4.1.1 Parámetros de la soldadura por haz de electrones. ........................ 290 4.1.2 Soldadura con haz de electrones a presión atmosférica. ................ 290 4.1.3 Ventajas y aplicaciones de la soldadura por haz de electrones. ..... 2904.2 Soldadura láser. ............................................................................................. 291 4.2.1 Ventajas de la soldadura láser......................................................... 292 4.2.2 Aplicaciones de la soldadura láser. ................................................. 2935 SOLDADURA ELÉCTRICA. SOLDADURA POR RESISTENCIA ELÉCTRICA. ................................................................................................. 2945.1 Etapas y variables del proceso de soldeo. .................................................... 2945.2 Variables del proceso de soldadura por resistencia eléctrica. ...................... 2955.3 Ventajas de la soldadura por resistencia eléctrica. ....................................... 2965.4 Soldadura eléctrica por puntos. ..................................................................... 296 5.4.1 Electrodos. ....................................................................................... 297 5.4.2 Tipos de soldadura eléctrica por puntos. ......................................... 297 X
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA ÍNDICE5.5 Soldadura eléctrica por costura. .................................................................... 298 5.5.1 Métodos de soldadura por costura. ................................................. 299 5.5.2 Electrodos. ....................................................................................... 299 5.5.3 Aplicaciones ..................................................................................... 2995.6 Soldadura eléctrica a tope. ............................................................................ 299 5.6.1 Aplicaciones. .................................................................................... 3005.7 Soldadura de alta frecuencia. ........................................................................ 300 5.7.1 Aplicaciones. .................................................................................... 3006 SOLDADURA POR ACCIÓN MECÁNICA. .................................................. 3016.1 Soldadura por forja. ....................................................................................... 3016.2 Soldadura por presión. .................................................................................. 3016.3 Soldadura por fricción. ................................................................................... 301 6.3.1 Ventajas de la soldadura por presión. ............................................. 301 6.3.2 Aplicaciones de la soldadura por presión. ....................................... 3026.4 Soldadura por ultrasonidos. ........................................................................... 303 6.4.1 Ventajas de la soldadura por ultrasonidos. ...................................... 303 6.4.2 Aplicaciones de la soldadura por ultrasonidos. ............................... 3037 TÉCNICAS DE UNIÓN MIXTAS. .................................................................. 3047.1 Weldbonding. ................................................................................................. 304 7.1.1 Consumibles. ................................................................................... 305 7.1.2 Aplicaciones. .................................................................................... 3067.2 Arco-Láser. .................................................................................................... 307 7.2.1 Aplicaciones. .................................................................................... 3077.3 MIG-Plasma. .................................................................................................. 307 7.3.1 Principio de funcionamiento. ............................................................ 308 7.3.2 Ventajas e inconvenientes del proceso. .......................................... 308 7.3.3 Equipo. ............................................................................................. 308 7.3.4 Aplicaciones. .................................................................................... 3097.4 Unión mecánica + Adhesivo. ......................................................................... 309 7.4.1 Consumibles. ................................................................................... 310 7.4.2 Aplicaciones. .................................................................................... 311 XI
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA ÍNDICEBLOQUE V: TÉCNICAS DE SEPARACIÓN Y CORTE.1 PROCESOS PRINCIPALES EN LAS TÉCNICAS DE SEPARACIÓN Y CORTE. ......................................................................................................... 3121.1 Corte por láser. .............................................................................................. 312 1.1.1 Tipos de corte por láser. .................................................................. 312 1.1.2 Ventajas e inconvenientes del corte por laser. ................................ 313 1.1.3 Requerimientos de la instalación. .................................................... 314 1.1.4 Aplicaciones del corte por laser. ...................................................... 3151.2 Corte por plasma. .......................................................................................... 315 1.2.1 Clasificación de los proceso de corte por plasma. .......................... 315 1.2.2 Procedimiento para el corte por plasma. ......................................... 317 1.2.3 Maquinas para el corte por plasma.................................................. 318 1.2.4 Ventajas del corte por plasma. ........................................................ 319 1.2.5 Aplicaciones del corte por plasma. .................................................. 3191.3 Corte por chorro de agua............................................................................... 319 1.3.1 Tipos de bombas utilizadas en el corte por chorro de agua. ........... 320 1.3.2 Procedimiento de corte por chorro de agua. ................................... 320 1.3.3 Maquinas para el mecanizado por chorro de agua. ........................ 320 1.3.4 Tipos de materiales que se pueden mecanizar con el mecanizado por chorro de agua. ................................................................................ 321 1.3.5 Ventajas del mecanizado por chorro de agua. ................................ 322 1.3.6 Aplicaciones del mecanizado por chorro de agua. .......................... 3221.4 Oxicorte. ........................................................................................................ 322 1.4.1 Gases utilizados en el oxicorte. ....................................................... 323 1.4.2 Equipo para el oxicorte .................................................................... 324 1.4.3 Aplicaciones del oxicorte. ................................................................ 324BLOQUE VI: METROLOGÍA Y NORMALIZACIÓN.1 METROLOGÍA. ............................................................................................. 3261.1 Tipos de Metrología. ...................................................................................... 3261.2 Unidades del sistema internacional (SI) ........................................................ 3271.3 Instrumentos de medición.............................................................................. 3281.4 Características de instrumentos de medida. ................................................. 330 XII
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA ÍNDICE1.5 Instrumentos de medición.............................................................................. 329 1.5.1 Reglas graduadas. ........................................................................... 330 1.5.2 Calibre pie de rey. ............................................................................ 331 1.5.3 Micrómetro Plamer. .......................................................................... 332 1.5.4 Máquinas de medir. ......................................................................... 335 1.5.5 Reglas optoelectrónicas................................................................... 336 1.5.6 Medición laser. ................................................................................. 3361.6 Instrumentos de comparación. ...................................................................... 337 1.6.1 Instrumentos de comparación por amplificación mecánica. ............ 337 1.6.2 Instrumentos de comparación por amplificación neumática. ........... 3381.7 Instrumentos de verificación. ......................................................................... 339 1.7.1 Instrumentos de verificación para dimensiones fijas. ...................... 340 1.7.2 Calibres fijos para roscas................................................................. 340 1.7.3 Calas patrón. .................................................................................... 341 1.7.4 Metrología óptica. ............................................................................ 3411.8 Instrumento para el control de ángulos. ........................................................ 342 1.8.1 Control y medición de ángulos......................................................... 342 1.8.2 Verificadores de ángulos. ................................................................ 3431.9 Control de superficies .................................................................................... 345 1.9.1 Control de paralelismo. .................................................................... 3452 TOLERANCIAS Y AJUSTES. ....................................................................... 3462.1 Tolerancias. ................................................................................................... 346 2.1.1 Posición de tolerancia. ..................................................................... 347 2.1.2 Calidades IT. .................................................................................... 348 2.1.3 Valores de tolerancia. ..................................................................... 349 2.1.4 Representación de las cotas en los ejes y agujeros........................ 3512.2 Sistemas de ajuste. ....................................................................................... 351 2.2.1 Sistema de agujero único o agujero base. ...................................... 352 2.2.2 Sistema de eje único o eje base. ..................................................... 3522.3 Ajuste móvil o con juego. ............................................................................... 353 2.3.1 Ajuste fijo o con aprieto.................................................................... 354 2.3.2 Ajuste indeterminado. ...................................................................... 355 XIII
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA ÍNDICEBLOQUE VII: AUTOMATIZACIÓN DE LOS PROCESOS DE FABRICACIÓN.1 CONTROL NUMÉRICO (CN). ....................................................................... 3571.1 Programación en C.N. ................................................................................... 357 1.1.1 Programación manual. ..................................................................... 358 1.1.2 Programación automática. ............................................................... 3621.2 Fases de la programación. ............................................................................ 3621.3 Ventajas del Control numérico....................................................................... 3632 MÁQUINAS DE CONTROL NUMÉRICO. ..................................................... 3642.1 Componentes de una MHCN......................................................................... 365 2.1.1 Componentes de la MH. .................................................................. 365 2.1.2 Dispositivo de control numérico. ...................................................... 3682.2 Ventajas e inconvenientes de las máquinas herramientas con CN. ............. 369 XIV
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.1 INTRODUCCIÓN AL MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.El mecanizado por arranque de virutas, se realiza partiendo de productossemielaborados a los que se le da la forma definitiva, quitando el material sobrantede acuerdo con el plano de la pieza que se desea obtener.En la actualizad se tiende a producir piezas totalmente terminadas por moldeo odeformación en frio, puesto que el mecanizado por arranque de virutas es unproceso más costos. Sin embargo, es el único procedimiento de que se disponepara realizar piezas con gran precisión de medidas, por lo que se sigue utilizandomucho para dar a las piezas, conformadas por otros procedimientos, detalles ycotas exactas.1.1 Materiales mecanizables.De forma general, se puede resumir en tres grandes grupos los materialesmecanizables. 1. Metales: La mayoría de los metales y sus aleaciones pueden conformarse por arranque de material, sin embargo en algunas ocasiones es necesario aplicarle a estos un tratamiento térmico previo, debido a que no todos los materiales se dejan trabajar con igual facilidad, o sea que no tienen la misma maquinabilidad. Generalmente los aceros son los materiales que más se conforman por mecanizado y a su vez los que presentan mayor complejidad al aplicárselo. Grupos de metales mecanizables. • Aceros al carbono. • Aceros aleados. • Aceros inoxidables. • Fundición. • Aleaciones termo resistente y de alta resistencia. • Aceros aleados de alta resistencia. • Metales refractarios aleados. (Columbium, Tantalio, Molibdeno y Wolframio). • Aceros al titanio aleados. 15
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. • Aceros de alta resistencia en base cobalto o níquel. • Aleaciones de Titanio. • Aleaciones de aluminio, cobre, níquel, magnesio, uranio, cinc. • Composites (requiere herramientas especiales). 2. Plásticos y compuestos plásticos. 3. Cerámicos, a los que preferiblemente se les aplica el mecanizado abrasivo1.2 Maquinabilidad de los metales.La maquinabilidad no responde a una e individual característica sino a un conjuntode características distintas, cada una de las cuales puede variarindependientemente de las demás.Esto comporta serias dificultades para dar una definición de maquinabilidad yademás para preparar los medios y procedimientos adecuados para permitir unaprecisa y válida medida de esta propiedad. Se le podría definir como la aptitud demetales aleaciones, para ser conformados por mecanización en máquinas-herramientas o sea por arranque de material.En condiciones normalizadas, se mide por medio de ensayos, valorándolos segúnalguna de las siguientes características: • Duración del afilado de la herramienta. • Velocidad de corte que debe aplicarse para una duración del afilado de la herramienta. • Fuerza de corte de la herramienta. • Trabajo de corte. • Temperatura de corte. • Producción de viruta.La maquinabilidad no depende solamente de las características intrínsecas delmaterial, ya que las condiciones de corte y las características de la herramienta,pueden determinar notables y profundas variaciones en la máquina. Además deltopo de herramienta, sobre la maquinabilidad influyen los siguientes factores: 1. Composición química del material: Los elementos que más influencia ejercen sobre la maquinabilidad de los aceros son el carbono, el manganeso, el azufre, fósforo y plomo, el resto de los elementos hasta una proporción superior al 0,5% no afectan a ésta. 16
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. • El carbono gasta un 0,3% aumenta la maquinabilidad. • El manganeso hasta un 0,05% al combinarse con el azufre, disminuye la plasticidad de la ferrita con lo cual mejora la maquinabilidad, pero al superar el 1% lo reduce rápidamente y hace imposible mecanizarlos al superar el 10% • El azufre en proporciones superiores al 0,2% e inferiores al 0,4% mejora mucho la maquinabilidad, ya que los sulfuros de hierro y los silicosulfuros al quedar en las juntas de grano debilitan la cohesión de los mismos. • El fósforo en proporciones de hasta un 0,12% también aumenta la maquinabilidad. • El plomo es insoluble en los aceros, quedando emulsionado en los mismos, formando pequeñas bolas que lubrican el corte. Se emplea en proporciones del 0,25%. 2. Construcción de los materiales: la estructura que más favorece la maquinabilidad de los aceros con un contenido de carbono inferior al 0,3% es la perlita laminar, si el contenido en carbono es del 0,3 al 0,45% sería la formada por perlita laminar mezclada con cementita globular. Siendo esta última la idónea en porcentajes superiores de carbono. 3. Inclusiones contenidas: dependiendo de la naturaleza de las inclusiones los aceros que las contengan serán más o menos maquinables. Las inclusiones de silicatos y alúminas la disminuyen y los sulfuros en general, simples o complejos la mejoran. 4. Dureza: si el material es demasiado blando la viruta se desprende con dificultad, y se poseen una dureza superior a 50 HRc (HRc: Dureza Rockwell C). la maquinabilidad va reduciéndose hasta llegar a ser imposible mecanizar aceros con durezas superiores a 70 HRc. 5. Acritud; como la acritud va en relación directa con la dureza, a mayor acritud mayor dureza, luego cuanto mayor sea la relación entre el cociente del límite elástico y la resistencia mecánica, mayor será por tanto la maquinabilidad. 6. Tamaño de grano; se admite en general que el aumento del tamaño del grano mejora la maquinabilidad.1.3 Tipos de mecanizados.Según el acabado superficial con el que se ha de obtener la pieza terminada, sedistinguen tres tipos de mecanizado: 17
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. 1. Desbastado: El material eliminado es del orden de milímetros o décimas de milímetros, cuya finalidad es aproximar las dimensiones de la pieza a la medida final. 2. Acabado: Con el objetivo de obtener, no solo las medidas finales de la pieza, sino también poca rugosidad en la superficie, el material eliminado es del orden de centésimas de milímetro, utilizando cuchillas de corte que trabajaran con velocidades de avance bajas y velocidades de corte más altas que en el desbaste. 3. Súper acabado o rectificado: Con la finalidad de alcanzar medidas muy precisas y buen acabado superficial, el material rebajado es del orden de milésimas de milímetro y las velocidades de avance y de corte, con que se trabaja son muy altas, desprendiéndose partículas de material por abrasión.1.4 Procesos empleados en el mecanizado por arranque de material.Una de las clasificaciones que se puede emplear para distinguir los procesosempleados en la conformación por arranque de material; puede ser lacorrespondiente a la tabla 1.1: Torno Fresadora M-H1 con movimiento de corte circular Taladradora Mandrinadora Mecanizado con contacto directo Limadora Cepilladora M-H1 con movimiento de corte rectilíneo Brochadora Mortajadora Mecanizado con abrasivos Mecanizado sin Mecanizado por electro-erosión contacto directo 18
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. Mecanizados Mecanizado electrolítico especiales Súper Abrasivos Equipos con cinemática avanzada (HEXÁPODOS) Nuevas tendencias Mecanizado de Alta Velocidad (M.A.V.) Mecanizado en seco Mecanizado de precisión y ultra-precisión.1 M-H: Máquinas-herramientas. Tabla 1.1 Clasificación de los procesos empleados en la conformación por arranque de material. 19
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.2 MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL: CON CONTACTO DIRECTO.2.1 Herramientas de corte. Estudio del arranque de material.Por herramientas se entiende a aquel instrumento que por su forma especial y porsu modo de empleo, modifica paulatinamente el aspecto de un cuerpo hastaconseguir el objeto deseado, empleando el mínimo de tiempo y gastando lamínima energía.El material arrancado por medio de cuchillas se realiza en forma de tiras más omenos continuas denominadas virutas. La separación de una tira de viruta sedenomina pasada, su anchura de corte, su espesor profundidad de corte y ladirección de ataque avance.2.1.1 Elementos principales de las herramientas de corte.Las partes fundamentales de una cuchilla son: • Filo: Es la arista cortante en posición de corte frontal de la cuchilla respecto a la pieza. • Superficie de desprendimiento o ataque: Es la cara de la cuña sobre la que desliza el material desprendido cortado frontalmente. • Superficie de incidencia: Es la cara de la cuña que queda frente a la superficie trabajada de la pieza en corte frontal. • Corte principal: Es la arista de corte de la cuchilla en posición de corte lateral respecto a la pieza. • Contrafilo: Denominado también corte secundario, es la otra arista de la cuchilla que forma la punta cortado lateralmente.2.1.2 Geometría de la herramienta de corte.Cuando hablamos de geometría de corte, nos referimos específicamente al perfilque la plaquita tiene si la observamos en un corte transversal.Este labrado que encontramos en la parte superior, es quien provocará el correctodesprendimiento y rotura de la viruta, dependiendo sus formas del tipo demecanizado al que está destinado el inserto.En la siguiente figura (Figura 2.1) podemos ver las distintas formas que puedentener las plaquitas. 20
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. Figura 2.1 Formas disponibles para las plaquitas.El radio de la punta afecta al acabado superficial de la pieza. Para operaciones deacabado, se usan los valores menores, en cuanto para desbaste y desbastepesado se emplean los valores de radio altos.Un radio de corte más grande ofrece un filo fuerte, resistente a avancesimportantes, en tanto que con un valor bajo consigo realizar cortes más finos.2.1.3 Características de trabajo de las herramientas de corte.Las características principales son: • Arrancar la mayor cantidad de material en el menor tiempo. • Dejar perfectamente acabada la superficie y con la mayor precisión de medidas. • Mecanizar cualquier clase de material por duro que sea. • Terminar el trabajo con el menor número de afilados posibles. • Realizar las operaciones al menor costo. • Químicamente inerte con la pieza. • Químicamente inerte estable ante la oxidación.Estas características deben satisfacer las siguientes funciones: • Garantizar la obtención de medidas precisas y superficies bien acabadas. • Ofrecer máximo rendimiento con el mínimo desgaste. • Capaz de absorber elevadas temperaturas.En conseguir estos objetivos depende en gran parte del material de que seconstituyen las herramientas, las cuales se seleccionan en función del tipo deherramienta y máquina a utilizar, clase de trabajo y material a mecanizar. 21
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.2.1.4 Materiales para las herramientas de corte.La elección del material es uno de los problemas más delicados ya que los factoresque intervienen son tanto de índole técnica como económica. Como el tipo dematerial está estrechamente ligado a la velocidad de corte a adoptar y ésta a suvez depende de la temperatura a la que se someterá a la herramienta, ellodetermina una correspondencia entre materiales y tiempo de mecanizado.Por otra parte, los materiales para herramientas que permiten velocidades mayoresy, por tanto, tiempos menores tiene un coste superior.Los requisitos a considerar para las herramientas de corte son las siguientes: • Dureza a elevada temperatura: Un material para cortar a otro debe ser más duro que éste. En los metales y aleaciones la dureza se reduce mucho, así como la resistencia al elevarse la temperatura. Este fenómeno provoca una considerable limitación en las prestaciones de los materiales para herramientas. • Resistencia al desgaste: La duración de la herramienta está ligada a la marcha del desgaste que modifica, de hecho, la geometría y las prestaciones hasta el punto de provocar su rotura. • Resistencia: Debe alcanzar valores tales que impidan la rotura del filo por fragilidad, lo cual puede suceder especialmente en el corte ininterrumpido. • Coeficiente de rozamiento: Es un requisito importante en un material de herramienta debiendo ser lo más reducido posible. • Propiedades térmicas. La conductividad tiene importancia a la hora de establecer rápidamente el equilibrio térmico entre los puntos de mayor calentamiento y las restantes partes de la herramienta, así como también son de importancia el calor específico y el coeficiente de dilatación.Los materiales utilizados en la fabricación de cuchillas para el mecanizado porarranque de viruta mediante cuchillas, son los siguientes: 1. Aceros al carbono: Poseen un contenido de carbono de 0,9 al 1,4 %. Si están correctamente tratadas estas herramientas poseen gran dureza, buena tenacidad y resistencia al desgaste, pero no pueden emplearse cuando trabajen a temperaturas superiores a 250 º C. Se emplean en los casos siguientes: • En pequeñas series o en trabajos aislados. • En operaciones de acabado a pequeña velocidad o trabajos muy delicados. 22
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. • Cuando se exige de las herramientas ángulos muy limpios. 2. Aceros aleados: Además del carbono contienen cromo, wolframio, molibdeno y vanadio. En su mayoría se ablandan y desafilan a temperaturas superiores a los 250 º C. Existen tres tipos principales: • Indeformables; se emplean para la conformación de piezas de precisión. Se deforman menos que los aceros al carbono y poseen una resistencia al desgaste 6 veces mayor. • Al wolframio; se emplean para fabricación de brocas. • Semirápidos; las herramientas que contienen un 9 a 11 % de wolframio y 3,5 a 4,5 de cromo se emplean en la fabricación de cuchillas con rendimiento y velocidad de corte muy poco inferiores a las de los aceros rápidos. 3. Aceros rápidos: Trabajan a temperaturas hasta de 600 º C manteniendo su dureza y filo inicial, lo cual permite disponer de velocidades de trabajo mayores que las de los demás aceros. 4. Estelitas: Son aleaciones cromo-cobalto-wolframio con un tanto por ciento inferior de otros elementos como hierro, carbono, silicio y manganeso. Se fabrican por fusión a temperaturas superiores a 1300 º C ya que no pueden mecanizarse nada más que por muelas. Son insensibles a los tratamientos térmicos. Permiten trabajar los metales con velocidades superiores a la de los aceros rápidos ya que soportan temperaturas de hasta 700 º C sin perder el filo. Tienen el inconveniente de ser más frágiles que estos últimos. 5. Carburos metálicos: Los carburos metálicos sinterizados están compuestos por carburos de wolframio y un metal auxiliar generalmente cobalto que sirve de liante o aglomerante. Hay otros tipos que además de carburo de wolframio contienen otros carburos de titanio, etc. y el metal auxiliar. Sus características son: • Elevadísima dureza, que mantiene hasta temperaturas de 600 º C. • Alta resistencia a la compresión. • Excelente resistencia al desgaste y a la corrosión. • Escasa resistencia al choque. • Conductividad térmica igual y tal vez superior a la de los aceros. 6. Diamantes policristalinos: Se emplean para mecanizar ebonita (resina plástica), determinados bronces, aleaciones de aluminio, etc. generalmente para operaciones de acabado en la que se pueden obtener tolerancias de 2 micras con superficies mejor acabadas que con las 23
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. rectificadoras. Tienen el inconveniente de la fragilidad del diamante, de ahí que su empleo quede limitado a pasadas continuas y en máquinas carentes de vibraciones. Los diamantes en forma de pastilla se montan en mangos de acero y con el fin de disminuir riesgos de rotura al ser altamente frágiles no acaban en punta viva sino redondeada. 7. Materiales cerámicos: Bajo la denominación de materiales cerámicos o cerámicas de corte, se pueden considerar: • Cermets: Son materiales sinterizados constituidos por un componente no metálico (óxidos, silicatos, carburos de silicio y de cromo) y por componentes metálicos de elevado punto de fusión. Los cermets que tienen mejores características de aplicación a las herramientas se obtienen por la sinterización de óxidos de aluminio, junto con carburos de molibdeno o vanadio. • Óxidos sinterizados: El más apropiado para la fabricación de herramientas es el óxido de aluminio, alúminas sinterizadas casi puras, o también, un óxido de alúminas casi puras. A este se añaden otras sustancias como óxido de cromo, de hierro o de titanio. La característica de estos óxidos sinterizados más destacable son: - Conductividad térmica muy baja, que tienen valores muy bajos parecidos a los de los aislantes térmicos. - Coeficiente de rozamiento menor que los carburos sinterizados. - Tienen el inconveniente de su excesiva fragilidad. Se presentan en forma de plaquitas que se emplean soldadas a sus mangos con resinas epoxi o bien sujetas por medios mecánicos. Se emplean en el torneado de fundiciones y aceros. También para mecanizar el cobre, sus aleaciones y metales ligeros 8. Nitruro de boro cúbico: Producido bajo la acción de elevadas temperaturas y presiones en presencia de un catalizador. La plaquita está constituida por un soporte de carburo con una fina capa de nitruro de boro cúbico. La dureza de este material es superada sólo por el diamante. Es frágil pero poco reactivo con la pieza. Su elevada estabilidad térmica le permite trabajar durante largos periodos de tiempo a temperaturas de 1000 a 1100 º C.La simbología para cada plaquita o herramienta de corte en función del tipo dematerial que estén fabricadas, serán las correspondientes a la tabla 2.1. 24
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. Materiales Símbolos Metales duros HC recubiertos Metales duros H Cermets HT, HC Cerámicos CA, CN, CC Nitruro de boro cúbico BN Diamantes DP, HC policristalinos Tabla 2.1 Simbología para las plaquitas en función del tipo de material.Como hay tanta variedad en las formas geométricas, tamaños y ángulos de corte,existen una codificación normalizada compuesta de cuatro letras y seis númerosdonde cada una de estas letras y números donde cada una de esas letras ynúmeros indica una característica determinada del tipo de plaquitacorrespondiente. Primera letra Forma geométrica C Rómbica 80º D Rómbica 55º L Rectangular R Redonda S Cuadrada T Triangular V Rómbica 35º W Hexagonal 80º Tabla 2.2 Simbología correspondiente a la forma geométrica. 25
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. Segunda letra Angulo de incidencia A 3º B 5º C 7º D 15º E 20º F 25º G 30º N 0º P 11º Tabla 2.3 Simbología correspondiente a la forma geométrica. Tercera letra Tolerancia dimensional J Menor K L M N U Mayor Tabla 2.4 Simbología correspondiente a la tolerancia dimensional. 26
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. Cuarta letra Tipo de sujeción A Agujero sin avellanar G Agujero con rompevirutas en dos caras M Agujero con rompevirutas en una cara N Sin agujero ni rompevirutas W Agujero avellanado en una cara T Agujero avellanado y rompevirutas en una cara N Sin agujero y con rompevirutas en una cara X No estándar Tabla 2.5 Simbología correspondiente al tipo de sujeción.La parte numérica de dicha designación tiene la siguiente estructura: • Las dos primeras cifras indican en milímetros la longitud de la arista de corte de la plaquita. • Las dos siguientes indican en milímetros el espesor de la plaquita. • Las dos últimas indican en décimas de milímetro el radio de punta de la plaquita.A este código general el fabricante de la plaqueta puede añadir dos letras paraindicar la calidad de la plaqueta o el uso recomendado.Un ejemplo de designación completa de una plaquita sería la siguiente: C N M G 09 03 08 - HT Tabla Tabla Tabla Tabla Long. Espesor Radio Tabla 2.2 2.3 2.4 2.5 corte plaquita punta 2.1 27
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.2.1.5 Ángulos de corte en las cuchillas.Los ángulos de corte están representados en la figura 2.1. El ángulo de ataque esel que forma la herramienta con la normal a la superficie de la pieza. ᵹ : ángulo de desprendimiento. α: ángulo de incidencia. β: ángulo de filo. α+β: ángulo de corte. Figura 2.2 Ángulos de corte en las cuchillasEl ángulo de desprendimiento puede ser positivo o negativo, según la cuchilla estéinclinada a la derecha o a la izquierda de la normal. El ángulo de ataque esdeterminante de la clase de viruta; oscila entre 0° y 45° dependiendo de la dureza ,y tenacidad del metal.El ángulo que forma la herramienta con la superficie de la pieza se llama ángulo deincidencia. Este ángulo tiene como misión disminuir el rozamiento entre laherramienta y el material; su valor oscila entre 4° y 10° dependiendo del material ,de la herramienta y de la dureza del metal que se trabaja.Al ángulo correspondiente a la cuña que forman las caras de la herramienta se lellama ángulo de filo. Según sea el valor de este ángulo, así será la penetración. Lasuma de los tres ángulos es de 90° El ángulo de fi lo depende de los otros dos. No .debe ser demasiado pequeño, pues puede romperse la herramienta. Ha de oscilarentre 50° y 60° .A la suma de los ángulos alfa y beta se le denomina ángulo de corte.Para muchos materiales estos valores están tabulados. En la siguiente tabla (tabla2.6) se presentan algunos valores de herramientas de acero rápido y de metalduro, con el ánimo de diferenciar sus valores. 28
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. Material de la herramienta Material a Acero Rápido Metal duro mecanizar Incidencia Desprendimiento Incidencia Desprendimiento Acero al carbono 6º 25º *** *** R= 50 Kg/mm 2 Acero al carbono 6º 20º 5º 12º R= 60 Kg/mm 2 Acero al carbono 6º 15º 5º 10º R= 70 Kg/mm 2 Acero al carbono 6º 10º 5º 10º R= 80 Kg/mm 2Fundición gris 140 8º 15º 7º 10º HBFundición gris 180 6º 10º 6º 8º HBBronce duro, Latón 8º 5º 7º 10º agrio Aluminio, Cobre 10º 30º 8º 15º Latón en barra 8º 20 7º 10º Tabla 2.6 Ángulos para las herramientas de acero rápido y de metal duro en función del material a mecanizar 29
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.2.1.6 Influencias de los ángulos de la cuchilla en el mecanizado.La variación de los ángulos que forman entre sí los planos principales del extremoafilado de la cuchilla elemental influye mucho en el desarrollo del trabajo de ésta.Los ángulos que más influyen son el ángulo de incidencia y el ángulo dedesprendimiento. • Influencia del ángulo de incidencia: Si es demasiado pequeño, la cuchilla no penetra bien y roza excesivamente con la pieza, lo que conlleva un aumento de temperatura y por tanto la cuchilla se desafila antes. Igualmente si éste es demasiado grande resulta un filo frágil, ya que no está suficientemente apoyado para resistir las fuerzas de corte. Cuanto más duro es el material a mecanizar, menor debe ser el ángulo de incidencia, para que así pueda resistir mejor la fuerza de corte. • Influencia del ángulo de desprendimiento: En primer lugar influye, en el ángulo de doblado de la viruta, que es complementario. Si es demasiado pequeño la energía consumida es excesiva, calentándose la herramienta más de lo normal. En cambio si es más grande, y el filo queda muy debilitado, la viruta se separa mejor, obteniéndose un mejor acabado superficial. Con el fin de evitar la rotura del filo en las herramientas frágiles, como pueden ser los carburos metálicos, se ensayaron ángulos de desprendimientos negativos, hasta conseguir que las fuerzas actuasen solamente a compresión sobre la herramienta. Factores que influyen en el ángulo de desprendimiento. Este ángulo depende de los siguientes factores: - Resistencia del material herramienta. - Material a mecanizar. - Avance. Cada factor influirá de una manera distinta a cada característica, como son: Influencia del material mecanizado. Cuanto más duro sea éste, mayores serán las fuerzas de corte y, por tanto, tendrá que ser mayor la sección de la herramienta capaz de resistir estos esfuerzos, lo que se conseguirá disminuyendo el ángulo de desprendimiento. Existen dos excepciones y es cuando el material a mecanizar es bronce o bien fundición de hierro, con todas sus variedades, el acero inoxidable, los aceros rápidos recocidos y algunos otros tipos de aceros muy resistentes. En los primeros, es decir, en la mecanización de bronces el ángulo de desprendimiento es casi nulo y en los segundos también es más pequeño de lo normal. 30
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. Influencia del avance. Al cortar la cuchilla lateralmente a la pieza y cuando tiene el filo inclinado, el espesor de la viruta depende del avance por vuelta. Por lo tanto, cuanto mayor sea el avance, menor ha de ser el ángulo de desprendimiento, con el fin de ofrecer mayor resistencia las fuerzas de corte que se originan.2.1.7 Duración de la herramienta.La duración de la herramienta entre dos afilados consecutivos puede valorarsesegún los siguientes criterios: • Tiempo efectivo o total de mecanizado. • Volumen de material arrancado. • Número de piezas mecanizadas. • Velocidad de corte equivalente, es decir, la velocidad de corte a la que la herramienta tendría una duración preestablecida, expresada en tiempo efectivo. • Velocidad de corte relativa, es decir, la velocidad a la cual la herramienta presenta la misma duración tanto para el material que se ensaya como para un material de referencia a igualdad de las restantes condiciones de corte.2.1.8 Desgaste y afilado de las herramientas de corte.Como resultado del rozamiento de la viruta con la cara de desprendimiento de lacuchilla y de las caras de incidencia de la misma con la superficie de la pieza atrabajar, se desgasta la parte de trabajo de la cuchilla.Para el afilado de las cuchillas se usa la máquina afiladora-rectificadora. Paragarantizar una posición estable de la cuchilla que se afila, en la máquina seencuentra un dispositivo especial llamado apoya manos Al afilar la cuchilla esnecesario presionar ligeramente la superficie que se afila contra la muela enrotación y, para que el desgaste de esta última sea más uniforme y la superficieque se afila resulte plana, la cuchilla se debe desplazar continuamente a lo largode la superficie de trabajo de la muela.Se afilan primeramente las caras principales y auxiliares de incidencia, acontinuación la cara de desprendimiento y el vértice de la cuchilla.Después del afilado se efectúa el afinado de la cuchilla, consistente en elesmerilado de las caras de desprendimiento a incidencia en una parte estrecha alo largo del borde cortante, lo que garantiza la rectificación del filo y la elevación de 31
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.la durabilidad de la cuchilla. El acabado de afinado se efectúa en las muelas deacabado de diamantes.La geometría de la cuchilla después del afilado se comprueba con plantillasespeciales, transportadores de ángulos y otros instrumentos.El afilado de las cuchillas lo tienen que realizar solamente aquellos obreros queconozcan las instrucciones sobre la técnica de seguridad Para trabajar con lamáquina afiladora hay que observar los siguientes requisitos de seguridad: • Antes de comenzar el afilado de la herramienta hay que asegurarse del buen estado de lodos los mecanismos y dispositivos de la máquina, incluso de la cubierta protectora de la muela y el sentido correcto de rotación de la misma (la muela debe girar hacia la cuchilla); • Comprobar la colocación correcta del apoya manos: la holgura entre la cara de trabajo de la muela y el extremo del apoya manos no debe exceder de 3 mm. • Se permite una nueva colocación del apoya manos solamente después de que la muela esté parada por completo; se prohíbe trabajar en una máquina de afilar sin apoya manos ni cubierta protectora; • Durante el afilado se debe cerrar la zona del afilado instalando una pantalla protectora transparente o ponerse gafas protectoras.Es imprescindible observar las siguientes reglas para el use de las cuchillas: • Antes de conectar el avance, es necesario apartar la cuchilla de la pieza, lo qua protege el borde de corte contra el desmenuzamiento; • Se recomienda afilar periódicamente la cuchilla con una barra abrasiva de grano fino directamente en el portacuchillas, lo qua alarga la duración de servicio de la cuchilla; • Se prohíbe dejar qua el borde de incidencia de la cuchilla se desgaste considerablemente, es necesario re afilar esta última antes de qua comience a destruirse el borde de corte, o sea, con una anchura de la partes desgastada de la cara de incidencia principal de la cuchilla 1,5 mm; • Se prohíbe emplear las cuchillas como guarniciones, • La cuchilla de aleación dura se debe entregar al almacén, cuando la plaquita de aleación dura se ha separado del mango. • Se prohíbe colocar las cuchillas sin orden (en montón) en la caja para las herramientas. 32
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.2.1.9 Criterios para determinar la vida de la herramienta.La duración económica de la herramienta puede ser definida con ayuda de lossiguientes criterios: • Destrucción total del filo, con esta condición la herramienta no puede trabajar más sin afilado. Este criterio es aplicable a herramientas de aceros rápidos y máquinas no automáticas. • Dimensiones preestablecidas de la franja de desgaste y del cráter. Al aumentar la anchura de la franja de desgaste, aparecen modificaciones en las dimensiones de las piezas, esto es muy importante en las máquinas automáticas. • Acabado superficial de la pieza, las variaciones de calidad de la pieza en su superficie, indican un deterioro de la herramienta. La aparición de este criterio no es fácil, ya que el acabado superficial de la pieza no varía uniformemente con el desgaste de la herramienta. • Variaciones de las fuerzas de corte, ya que éstas varían a causa del desgaste.2.1.10 Tratamientos térmicos para las herramientas de corte.Las herramientas de acero se templan siempre y revienen para darles la dureza ytenacidad adecuadas. Algunas veces las herramientas de aceros rápidos una veztempladas y revenidas, se someten a tratamientos superficiales como son lanitruración sulfinización para darles mayor dureza y resistencia al desgaste.Existe otro tratamiento superficial, el cromado duro el cual aumenta la resistenciaal desgaste y disminuye el coeficiente de rozamiento. Pero se utiliza más para larestauración de herramientas desgastadas.2.1.11 Recubrimiento de las herramientas de corte.Hay dos factores que deben ser considerados en la evaluación de recubrimientosde insertos: los materiales usados y el proceso mediante el cual son aplicados.Ambos influyen en el rendimiento del sistema del inserto. El mismo recubrimientoactúa como interfaz entre la pieza de trabajo y la herramienta de corte. Según laaplicación, los recubrimientos pueden proporcionar resistencia al desgaste, a laabrasión, a la formación de cráteres, a la acumulación de adherencias en el filo, ala resistencia química, o una simple reducción de la fricción que disminuye lastemperaturas de corte. 33
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.Las características principales de los recubrimientos se resumen en los siguientespuntos: • Aumentan la dureza en los filos de corte de la herramienta. • Facilitan la disipación del calor acumulado en el filo de corte. • Baja conductividad térmica que favorece la eliminación del calor a través de la viruta. • Aumentan la resistencia a la abrasión, disminuyen la afinidad herramienta-pieza. • El grosor del recubrimiento varía entre 0.002 mm y 0.01 mm. • Los recubrimientos se aplican mediante deposición química de vapor o deposición física de Vapor.Los recubrimientos más usuales son: 1. Recubrimientos de TiAlN: Son los que más se utilizan actualmente, y poco a poco van dejando atrás los demás. Los recubrimientos TiAlN multicapa están remplazando los de TiCN, y los monocapa a los de TiN. TiAlN (multicapa y monocapa) son recubrimientos extraduros (PVD) basados en nitruro de titanio aluminio que destacan por su dureza, estabilidad térmica y resistencia a ataques químicos. Protegen las aristas de corte por abrasión y adhesión así como por carga térmica. - Multicapa: combina la elevada tenacidad de la estructura multicapa, con su alta dureza HV (Dureza Vickers) 3.000 y la buena estabilidad térmica, 800º C, y química de la capa TiAlN. Así protege las herramientas de corte de acero rápido y metal duro contra el desgaste prematuro producido por tensiones severas. Debido a su estabilidad térmica, permite trabajar en mecanizados a altas velocidades e incluso en seco o con mínima cantidad de lubricante. - Monocapa: desarrollado para su aplicación en fresas de metal duro utilizadas en condiciones de mecanizado severas. Su elevada dureza, HV 3.500, y notable estabilidad térmica, 800º C, y química hacen que sea óptimo para las fresas que se utilizan en el mecanizado de materiales térmicamente tratados empleados, como por ejemplo en moldes, punzones, matrices y utillajes de forja. 2. Recubrimiento de diamante: Se utiliza en herramientas para mecanizar materiales muy abrasivos como el grafito. Durante el mecanizado de estos materiales las herramientas se desgastan rápidamente y la calidad de las superficies mecanizadas y la precisión dimensional son pobres. 34
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. Con las herramientas recubiertas de diamante, un recubrimiento cuya dureza es superior a los 8.000 Vickers, además de obtener una vida útil más larga y poder aumentar las velocidades de corte. 3. Recubrimiento WC/C: Realizado por deposición física al vapor a temperaturas alrededor de los 200º C. Al realizarse el proceso de recubrimiento en alto vacío, las propiedades del recubrimiento son sustancialmente mejores que las logradas a presión atmosférica (proyección térmica), o en gases y baños (nitruración, galvanizado). Los recubrimientos tienen un espesor de capa de solo unas micras de espesor y son la última operación dentro de los componentes de precisión. Este recubrimiento presenta una combinación única de características: bajo coeficiente de fricción, alta resistencia al desgaste, una excelente capacidad de carga. 4. Recubrimientos de TiAlN monocapa combinado con WC/C: Este recubrimiento hace frente a todos aquellos mecanismos de desgaste que se dan en la formación y evacuación de viruta. Este recubrimiento combina la alta dureza y estabilidad térmica del recubrimiento TiAlN con las buenas propiedades de deslizamiento y lubricación del recubrimiento WC/C. Se utiliza sobre todo en taladrados y roscados.En la siguiente tabla se representan los datos característicos de cada tipo derecubrimiento citado anteriormente. TiAINRecubrimiento TiN TiCN WC/C (monocapa) TiAIN TiAIN (multicapa) (monocapa) +WC/C) Microdureza 2300 3000 1000 1000-2600 3000 3500 µacero 0.4 0.4 0.2 0.2 0.4 0.4 Tmax trabajo 600 ºC 400 ºC 300 ºC 1000 ºC 800 ºC 800 ºC Azul- Gris Gris Violeta- Purpura- Color oro gris claro oscuro gris gris Espesor 1-4 µm 1-4 µm 1-4 µm 2-6 µm 1-5 µm 1-3 µmrecubrimiento Tabla 2.7 Características principales de los recubrimientos para las herramientas de corte, en el mecanizado por arranque de material. (µacero: coeficiente de rozamiento contra el acero)Existen cuatro tecnologías principales utilizadas en la industria actual de lasherramientas de corte. Se diferencian primordialmente por la temperatura a la cualoperan. Esto es importante porque la temperatura del recubrimiento influyedirectamente en el desempeño de las propiedades del sustrato. La tecnología de 35
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.recubrimiento más común es la deposición química por vapor, o CVD, que opera auna temperatura de aproximadamente 1000° C. Casi ta n común como la anteriores la deposición física por vapor, o PVD, que opera en el otro extremo del espectrode temperatura, en el rango de los 400° C.Entre estos extremos, están los otros dos procesos emergentes de recubrimiento,que prometen aumentar el desempeño de los sistemas de insertos. La deposiciónquímica por vapor asistida por plasma, o PCVD, bien aceptada en Europa, y ahoraexplorada en Estados Unidos. El PCVD opera en el rango de los 600° C.Finalmente, se encuentra la de posición química media por vapor, o MTCVD, quees una tecnología emergente; trabaja en el rango de los 800° C.Los recubrimientos extraduros surgen y evolucionan debido a la necesidadconstante de aumentar la vida productiva de las herramientas, disminuyendo lostiempos de producción, costos y paros por mantenimiento.El compuesto que alcanzó mayor expansión y popularidad fue el de TiN (nitruro detitanio). Su color dorado abrió grandes expectativas en cuanto a su uso, ya que elatractivo color se sumó a la elevada dureza superficial.Actualmente los tratamientos superficiales buscan la optimización, en especial enla creciente aplicación de los recubrimientos PVD, siendo ahora no solo dorados yofreciendo una amplia gama de materiales base. 1. Proceso PVD: Este es un proceso por arco eléctrico y/o pulverización catódica. El medio de evaporación durante la etapa de recubrimiento es siempre físico. Por ello la denominación genérica de: proceso de deposición física en fase vapor.Las etapas del proceso son las siguientes: - Carga del reactor. - Alto vacío (10-5 mbar mínimo). - Calentamiento-desgasificación de las piezas. - Decapado iónico. - Recubrimiento. - Enfriamiento y descarga. Esta técnica se confunde, en ocasiones, con tratamientos en baños químicos, electrolíticos o galvánicos realizados en instalaciones abiertas. Las instalaciones PVD son herméticas, recubren a presiones muy bajas (10-2-10-3 mbar) y las reacciones se consiguen ionizando los reactivos (estado plasmático). La característica particular del recubrimiento PVD (Physical Vapour Deposition) es la alta estabilidad dimensional de las herramientas, dado que es posible una aplicación de capa por debajo de la temperatura de 36
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA ARA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATE MATERIAL. revenido ya que las temperaturas a las que se realiza el recubrimiento se encuentran entre 200 200-500º C. Figura 2. Funcionamiento del proceso PVD. 2.3 2. Proceso CVD: (Chemical Vapour Deposition (Deposición de materias Chemical Deposition) Deposición duras en fase gaseosa). Los recubrimientos CVD parten de un compuesto gaseosa). (precursor) gaseoso o fácilmente evaporable del metal a obtener en la capa. Los halogenuros y muy especialmente cloruros son los compuestos pa. industriales más empleados (TiCI4, AIC3, BCI4...). El compuesto gaseoso . reacciona a temperaturas cercanas a 1.000 ºC con un reductor también en estado gaseoso (hidrógeno) para obtener iones metálicos. Los iones iones obtenidos in situ reaccionan a su vez con gases reactivos como hidrógeno, metano o mezclas de ambos formando el compuesto deseado. Este compuesto condensa sobre la superficie del substrato difundiendo en él debido a la alta temperatu temperatura. Esta difusión crea una zona intermedia en la que no se aprecia donde acaba el recubrimiento y donde empieza el sustrato: la adherencia entre ambos está asegurada. Transcurrido el tiempo necesario para conseguir el espesor de capa deseada, las piezas se enfrían en el reactor hasta la temperatura de descarga. Posteriormente y en condiciones de vacío para evitar la oxidación de los compuestos formados, se procede al temple y revenido si el sustrato es de un acero. Los compuestos más generalmente obtenidos por este método son TiC, TiCN y TiN, aunque también SiC, AI2O3, BC... En el campo de la deformación, las combinaciones de multicapas de los compuestos de titanio son las más utilizadas. 37
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. Este método se caracteriza por su Alta dureza, excelente resistencia a la adherencia, espesor de capa de aprox. 6-9 µm, revestimientos de contornos exactos, también en taladros, agujeros ciegos, etc. Tiene gran gama de posibilidades de aplicación, especialmente en las herramientas de conformación sometidas a grandes esfuerzos se obtienen rendimientos muy buenos. Las características particulares de todas las capas y sistemas de capas aplicados mediante el método CVD es la excelente adherencia sobre el material base, que se atribuye a la alta temperatura de recubrimiento. Las capas se componen de distintos materiales cuya selección y, siendo necesario, su combinación se adaptan con respecto al caso de aplicación. 3. Recubrimiento MT-CVD: Generalmente, los materiales de las herramientas están sujetos a tensiones tanto internas como externas. En el caso de las plaquitas, las tensiones externas son las que se producen durante el uso como parte de la herramienta de corte. Los procesos de fabricación de las plaquitas también generan tensiones internas, principalmente de tracción y compresión. A la temperatura durante la aplicación, el recubrimiento y el sustrato están libres de tensiones. Los cristales tienen una orientación controlada de tal manera que presentan una superficie más dura donde se concentra el desgaste abrasivo. En conclusión, la tensión se disipa al sustrato entre las líneas de los cristales. Si un choque térmico o mecánico crea micro grietas, se disiparán hacia abajo a lo largo de las líneas entre los cristales. Cuando lA fuerza residual llega al sustrato, se absorbe sin propagar grietas de mayor tamaño, dando tenacidad y resistencia a la plaquita. Las multicapas contribuyen a minimizar los desajustes entre el recubrimiento y el sustrato, reduciendo las tensiones. Por ejemplo, el coeficiente de dilatación térmica determina la tensión entre capas por desajuste térmico entre el recubrimiento y el sustrato. Los procesos MT-CVD se aplican a recubrimientos de TiCN o TiN. Tienden a presentar menos tensiones de tracción y combinan mejor las propiedades de tenacidad y resistencia al desgaste abrasivo, al desgaste químico y a las grietas térmicas, mejorando el rendimiento de la plaquita. 38
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA ARA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATE MATERIAL. Figura 2.4 Recubrimiento MT-CVD.2.1.12 Geometría del rompe rompevirutas.Una de las principales funciones de los rompe virutas, es la de permitir el libredeslizamiento del material de pieza extraído, disminuyendo al máximo la energía lizamientoperdida por rozamiento, además de evitar que la viruta entorpezca la operación decorte.Aunque el control de virutas aún es una de sus principales funciones, el rompe rompe-virutas también sirve para reducir las fuerzas de corte. Menores fuerzas biénrepresentan menos calor, deformación y fricción, incrementando la vida de laherramienta y, a menudo, se mejora el control del tamaño y el terminado de lapieza de trabajo.2.1.13 Formación de la viru Clases de virutas. viruta.Las piezas de las máquinas son elaboradas de las piezas brutas. La capa de metalque se arranca de la pieza bruta durante el mecanizado se llama sobreespesor. Lapieza en bruto es un artículo de la producción de la cual se obtiene la piezaacabada mediante la variación de la forma, dimensiones, grado de aspereza de lassuperficies y propiedades del material. 39
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.El proceso de corte es un proceso seguido por fenómenos físicos complejos(deformaciones plásticas y elásticas de la pieza en bruto, desprendimiento decalor, formación del promontorio en la parte de corte de la herramienta), queejercen gran influencia sobre el trabajo de la herramienta de corte, la productividaddel trabajo y la calidad del mecanizado.En la pieza a trabajar se distinguen las siguientes superficies: • De trabajo, que es la superficie de donde se debe quitar la capa de metal. • Trabajada, que es la superficie que resulta en la pieza después de arrancar la capa de metal (viruta), y de corte, que se forma directamente en la pieza por el borde cortante de la cuchilla.La superficie de corte puede ser cónica, cilíndrica, plana (frontal) y de forma, deacuerdo a como sea el borde cortante de la cuchilla y su disposición respecto a lapieza.La herramienta de corte o la cuchilla, penetra bajo la acción de la fuerza Ptransmitida por el mecanismo de trabajo de la M-H, en la capa superficial de lapieza, comprimiéndola al mismo tiempo (Figura 2.5). En esta capa comprimidasurgen esfuerzos internos, y cuando estos superan, por la penetración siguiente dela cuchilla, las fuerzas cohesivas entre las moléculas del metal, el elementocomprimido 2 se rompe y se desliza hacia arriba por la superficie dedesprendimiento de la cuchilla. Figura 2.5 Formación de viruta en el mecanizado por arranque de material en contacto directo.El movimiento siguiente de la cuchilla comprime, rompe y desplaza los elementosinmediatos del metal formando la viruta.Según las condiciones del maquinado y del material a trabajar, la viruta puedetener las siguientes formas: 40
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. • Viruta de elementos, se obtiene al trabajar metales duros y poco dúctiles (por ejemplo, acero duro) con bajas velocidades de corte. (Figura 2.6 a). • Viruta escalonada, se forma al trabajar aceros de la dureza media, aluminio y sus aleaciones con una velocidad media de corte. (Figura 2.6 b). • Viruta fluida continua espiral y viruta fluida continua en cinta, se obtiene al trabajar aceros blandos, cobre, plomo, estaño y algunos materiales plásticos con altas velocidades de corte. (Figura 2.6 c y Figura 2.6 d respectivamente). • Viruta fraccionada, se forma al cortar materiales poco plásticos (hierro colado, bronce) y consta de trocitos separados. (Figura 2.6 e).La figura 2.6 representa las distintas formas que puede tener la viruta. Figura 2.6 Tipos de viruta.2.1.14 Sistemas de sujeción de la plaquita.Este punto es de vital importancia, junto con la sujeción de la porta en la máquina,ya que determinará la correcta estabilidad de la plaquita que esté sometido a losesfuerzos del mecanizado. El tamaño y la forma del inserto, más el ángulo deposición definen el porta-herramientas correspondiente.Esta selección también debe garantizar que no entorpezca el libre flujo de virutas,la mayor versatilidad posible y el mínimo de mantenimiento. También es importanteel tamaño del porta-herramientas. Generalmente, se selecciona el mayor tamañoposible, proporcionando la base más rígida para el filo y se evita el voladizo queprovocaría vibraciones.Los sistemas de sujeción más comunes (Figura 2.7), son los siguientes. 41
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA ARA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATE MATERIAL. Figura 2.7 Tipos de sujeción para las plaquitas. 42
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.2.2 Torno.El torno es una máquina-herramienta en la que la pieza que se mecaniza sometidaa un movimiento de rotación es conformada por la herramienta animada de unmovimiento de avance generalmente paralelo al eje de rotación de la pieza.Los movimientos de trabajo del torno son: • Movimiento de corte por rotación de la pieza. (Figura 2.8 a). • Movimiento de avance por desplazamiento longitudinal de la herramienta. (Figura 2.8 b). • Movimiento de profundidad de pasada por desplazamiento radial de la herramienta. (Figura 2.8 c). Figura 2.8 Movimientos de trabajo del torno.El torno sigue siendo la máquina fundamental de los talleres mecánicos y sonaproximadamente el 65% del total de las máquinas-herramientas para elconformado por arranque de viruta. Se emplean generalmente para lamecanización de cuerpos de revolución como poleas, manguitos, pernos, etc. esuna máquina muy versátil y de múltiples aplicaciones.2.2.1 Tipos de tornos.Existe una gran variedad de tornos: • Torno paralelos. • Tornos semiautomáticos. • Tornos automáticos. • Tornos de copiar. 43
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. • Tornos verticales. • Tornos de control numérico computerizado (C.N.C.).De todos los tipos de torno, el torno Paralelo es el más difundido y utilizado,aunque no ofrece grandes posibilidades de fabricación en serie.Los tornos semiautomáticos se desarrollaron por la incapacidad del tornoparalelo de desarrollar trabajos en serie. Los tornos semiautomáticos máscomunes son de torre revólver. Este es un torno más sólido y resistente. En elcarro portaherramientas se pueden montar hasta cuatro herramientas y una portaherramientas posteriores. Además se tiene un carro longitudinal en lugar delcabezal móvil, que tiene una torre giratoria de 6 posiciones para otras 6herramientas.Para una gran producción de piezas se impone la condición de repetirmecánicamente y en orden un determinado ciclo de torneado, sin recurrir alempleo de un operario para la maniobra de la máquina. Un mismo operario puedesupervisar varios tornos automáticos, ya que su trabajo está limitado a la carga delas barras y la vigilancia. En todos los casos el principio de operación está basadoen la programación de órganos mecánicos tales como: engranes, cremalleras,balancines, levas, etc.Los tornos automáticos pueden ser: • De un husillo con torre revólver donde la torre puede estar en un plano horizontal o vertical. • De herramientas independientes. En este tipo de tornos su característica principal es el cabezal desplazable para darle a la pieza el movimiento de avance, mientras las herramientas solo tienen desplazamiento radial. • Tornos Multihusillos. En estos tornos las herramientas actúan al mismo tiempo sobre varias barras.Los tornos de copiar toman al elemento indefinido haciéndolo girar y acontinuación lo someten al arranque de viruta mediante la herramienta que semueve automáticamente siguiendo el perfil impuesto por una pieza prototipo oplantilla. Se emplean en la producción en serie de piezas similares y de perfilcomplicado.Los tornos verticales nacieron de la necesidad de tener que tornear elementos degran tamaño, principalmente de poca altura pero de gran diámetro como rodetesde turbinas, grandes volantes, poleas, ruedas dentadas de molinos, etc., los cualespor su peso se pueden montar más fácilmente sobre una plataforma horizontal. 44
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.Los tornos verticales tienen el eje dispuesto verticalmente y el plato giratorio sobreun plano horizontal, lo que facilita el montaje de las piezas voluminosas y pesadas.En los tornos verticales no se pueden mecanizar piezas que vayan fijadas entrepuntos porque carecen de contrapunta.El torno C.N.C. es un tipo de torno operado mediante control numérico porcomputadora. Se caracteriza por ser una máquina herramienta muy eficaz paramecanizar piezas de revolución. Ofrece una gran capacidad de producción yprecisión en el mecanizado por su estructura funcional y porque la trayectoria de laherramienta de torneado es controlada a través del ordenador que llevaincorporado, el cual procesa las órdenes de ejecución contenidas en un softwareque previamente ha confeccionado un programador conocedor de la tecnología demecanizado en torno. Es una máquina ideal para el trabajo en serie y mecanizadode piezas complejas.Las herramientas van sujetas en un cabezal en número de seis u ocho medianteunos portaherramientas especialmente diseñados para cada máquina. Lasherramientas entran en funcionamiento de forma programada, permitiendo a loscarros horizontal y transversal trabajar de forma independiente y coordinada, con loque es fácil mecanizar ejes cónicos o esféricos así como el mecanizado integral depiezas complejas.2.2.2 Componentes principales de un torno. Mecanismo del torno.El torno cilíndrico de puntas o torno horizontal está compuesto de 4 partesprincipales: • Bancada: es la pieza más robusta ya que sirve de elemento de sustentación a los órganos de la máquina. Se construye generalmente de fundición y en los tornos pequeños, de una sola pieza. En su parte superior lleva las guías del cabezal móvil o contrapunto y la del carro principal portaherramientas. • Cabezal fijo: está formado por una caja de fundición atornillada sobre el extremo fijo de la bancada. Este cabezal contienen el eje principal en cuyo extremo van los órganos de sujeción y accionamiento de la pieza a la que se imprime un movimiento del motor a través de los engranajes de reducción alojados también en el cabezal. • Cabezal móvil: se encuentra en el extremo derecho y opuesto por tanto al cabezal fijo y puede deslizarse por las guías en toda su longitud. Está formada por dos piezas principales de fundición, una de las cuales sirve de soporte y contiene las guías que apoyan sobre las del torno y el dispositivo de fijación, para fijarlo. La otra 45
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. pieza situada en la parte posterior de forma alargada y eje situado en la prolongación del eje principal del cabezal fijo, contiene el contrapunto que constituye el otro apoyo de la pieza que se mecaniza. • Carro porta herramientas: es el que lleva la herramienta y le comunica los movimientos de avance y de penetración. Está formado por 3 carros superpuestos: - Carro principal o de bancada: Desliza sobre las guías de la bancada y lleva en su parte delantera los mecanismos de avance y de profundidad de pasada, tanto manual como automática. - Carro transversal: Desliza transversalmente sobre guías del carro principal y se mueve a mano automáticamente por los mecanismos que lleva el carro principal. - Carro superior u orientable: Está formado por 3 piezas: La base, el charriot y el portaherramientas. La base, va apoyada sobre una plataforma giratoria en el carro transversal con lo cual puede orientarse en cualquier posición determinada por un limbo graduado y quedar fija por un dispositivo adecuado.Otros componentes del torno son los representados en la Figura 2.9.Figura 2.9 Partes de un torno. a: La Bancada, b: Cabezal Fijo, c: Carro Principal de Bancada, d: Carrode Desplazamiento Transversal, e: Carro Superior porta Herramienta, f: Porta Herramienta, g: Caja de Movimiento Transversal, h: Mecanismo de Avance, i: Tornillo de Roscar o Patrón, j: Barra deCilindrar, k: Barra de Avance, l: Cabezal Móvil, m: Plato de Mordaza (Usillo), n: Palancas de Comando del Movimiento de Rotación, o: Contrapunta, u: Guía, z: Patas de Apoyo. 46
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.La cadena cinemática del torno está formada principalmente por: • Motor: normalmente eléctrico, que genera el movimiento y esfuerzo de mecanizado. • Caja de velocidades: con la que se determina la velocidad y el sentido de giro del eje del torno, partiendo del eje del motor que gira a velocidad constante. • Caja de avances: con la que se establecen las distintas velocidades de avance de los carros, partiendo del movimiento del eje del torno. Recuérdese que los avances en el torno son en milímetros de avance por revolución del plato del torno. Esta caja puede constar de varios trenes desplazables o bien un basculantes y un cono de engranajes. Este sistema es el de la llamada caja norton. • Ejes de avances: que trasmiten el movimiento de avance de la caja de avances al carro principal, suelen ser dos: Eje de cilindrar, ranurado para trasmitir un movimiento rotativo a los mecanismos del carro principal, este movimiento se emplea tanto para el desplazamiento longitudinal del carro principal, como para el transversal del carro transversal. Eje de roscar, roscado en toda la longitud que puede estar en contacto con el carro, el embrague de roscar es una tuerca partida que abraza este eje cuando está embragado, los avances con este eje son más rápidos que con el de cilindrar, y se emplea como su nombre indica en las operaciones de roscado. • Engranajes de la lira: su función es transmitir el movimiento desde el ultimo eje del mecanismo de inversión hasta los ejes de cilindras y roscar o hasta la caja de cambio para avances, se emplea un tren de engranajes. Como las velocidades de los avances han de poder variarse a voluntad, este tren de engranajes tiene sus diversas ruedas intercambiables. La primera va en el eje del mecanismo inversor, la última va en el eje de ataque de la caja de cambios para avances; las demás van en unos ejes cortos que se acoplan a las ranura de una placa especial llamada lira o guitarra. • Sistema inversor del sentido de los ejes: el mecanismo de inversión del sentido del movimiento puede hacerse por medio de un sistema de engranajes desplazables o por medio de un sistema de engranajes basculantes. En ambos casos el primer piñón del mecanismo va en el mismo eje principal del torno. 47
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. Figura 2.10 Cadena cinemática del torno.Para obtener resultados óptimos se requieren ciertos accesorios, como sujetadorespara la pieza de trabajo, soportes y portaherramientas. Algunos de ellos son lossiguientes: • Plato de sujeción de garras: sujeta la pieza de trabajo en el cabezal y transmite el movimiento. (Figura 2.12). • Centros: soportan la pieza de trabajo en el cabezal y en la contrapunta. • Perno de arrastre: Se fija en el plato de torno y en la pieza de trabajo y le transmite el movimiento a la pieza cuando está montada entre centros. • Soporte fijo o luneta fija: soporta el extremo extendido de la pieza de trabajo cuando no puede usarse la contrapunta. • Soporte móvil o luneta móvil: se monta en el carro y permite soportar piezas de trabajo largas cerca del punto de corte. • Torreta portaherramientas con alineación múltiple. • Plato de arrastre: para amarrar piezas de difícil sujeción. • Plato de garras independientes: tiene 4 garras que actúan de forma independiente unas de otras. 48
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. Figura 2.11 Elementos auxiliar de apoyo. Figura 2.12 Plato de garras.2.2.3 Herramientas y operaciones principales realizadas en un torno.Las herramientas pueden adoptar formas muy diversas en consonancia con lostrabajos que ejecutan. En todo caso, sin embargo, constan de dos partes: elmango y la cabeza o punta. Ambos pueden ser: con cuchilla fija en un soporte ocon cuchilla recubierta superficialmente de metal duro o plaquita fija en un soporte.La elección del tipo de herramientas a utilizar, se hace de acuerdo con elmecanizado a realizar y el material con el que se opera.Existen varias teorías que definen el tipo de cuchilla de tornear en cuanto a ladirección de avance. Una de ellas es la que clasifica las cuchillas en derechas eizquierdas, según la regla de la mano derecha o izquierda respectivamente,teniendo en cuenta la posición del filo principal con respecto a la dirección delavance y la del dedo pulgar de la mano correspondiente (Figura 2.13). 49
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA ARA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATE MATERIAL. Figura 2.1 Clasificación de las cuchillas para tornear. 2.13 Otras de las clasificaciones posibles serán según procedimiento de sujeciónde la parte cortante, pueden ser: • Cuchillas enteras, fabricadas de un mismo material enteras, • Cuchillas compuestas el mango de acero para construcciones y compuestas: la parte cortante de la cuchilla de metal especial para herramientas. cortante Las cuchillas compuestas se dividen en Soldadas, con la plaquita de corte soldada y con la plaquita de corte fijada mecánicamenteFigura 2.14 Clasificación de las cuchillas según procedimiento de sujeción de la parte cortante. jeción a. Entera; b. Soldada; c. Con la Plaquita Soldada; d. Con Sujeción Mecánica de la Plaquita.La clasificación más general, es aquella dónde las cuchillas se clasifican en funciónde la operación a realizar (Figura 2.1 Figura 2.15), donde la división lógica es en cuchillas de amecanizado interior y cuchillas de mecanizado exterior. 50
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA ARA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATE MATERIAL. Figura 2.15 Clasificación de las cuchillas en función de la operación a realizar.Las operaciones más usuales son las siguientes (Figura 2.16): • El Cilindrado que se realiza con la composición de movimientos Cilindrado, ue de corte y avance de tal manera que cuando el movimiento de corte (que posee la pieza) es de forma circular continuo mientras que el de avance (poseído por la herramienta) es de forma rectilíneo en la poseído dirección del eje de giro de la pieza con lo que se obtiene la ón generatriz de un cilindro. • El mandrinado que consiste en un cilindrado interior. • El ranurado que es un cilindrado en una franja estrecha (ranura). ranurado, • En el refrentado por contra, el movimiento de avanc se realiza en avance un plano perpendicular al eje de giro de la pieza generando una superficie plana perpendicular al cilindro. Con la combinación de estos dos trabajos básicos se pueden obtener una serie de trabajos derivados, como son: • El tronzado que es una operación de refrentado que se realiza en na una sección intermedia de la pieza avanzando hacia su eje hasta llegar a cortada. 51
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. • El roscado se realiza como una operación de cilindrado con una velocidad de avance tal que entre dos secciones de corte consecutivas permanece un grueso de material sin cortar (filete).Además de las operaciones anteriormente expuestas, el torno puede realizar unagran variedad de operaciones tales como: rectificado, fresado, taladrado, torneadocónico y esférico, moleteado, torneado de cigüeñales, roscado con machos yterrajas... Figura 2.16. Operaciones principales realizadas en un torno.Si las operaciones las clasificamos en función de la zona de trabajo, podemosdividir en dos grupos: • Torneado exterior: Cilindrado, Refrentado, Ranurado, Roscado, Moleteado, Cilindrado cónico, Cilindrado esférico, cortado, Chaflanado. Espirales • Torneado interior: Taladrado, Mandrinado, Ranurado, Mandrinado cónico, Mandrinado esférico, Roscado, Refrentado interior, Chaflanado interior.2.2.4 Características técnicas del torno.Las características técnicas de un torno es importante conocerlas, ya que cadamáquina tendrá unas limitaciones y estas deberán satisfacer las necesidadesmínimas para realizar el trabajo requerido en una industria o taller. Normalmenteencontraremos las siguientes características en los catálogos (Tabla 2.8). Altura entre puntos. Capacidad Distancia entre puntos. Diámetro admitido sobre bancada. 52
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. Diámetro admitido sobre escote. Diámetro admitido sobre carro transversal. Anchura de la bancada. Longitud del escote delante del plato liso. Diámetro del agujero del husillo principal. Nariz del husillo principal. Cono Morse del husillo principal. Cabezal Gama de velocidades del cabezal (habitualmente en rpm). Número de velocidades. Recorrido del carro transversal. Recorrido del charriot. Dimensiones máximas de la herramienta. Carros Gama de avances longitudinales. Gama de avances transversales. Recorrido del avance automático. Gama de pasos métricos. Gama de pasos Witworth. Roscado Gama de pasos modulares. Gama de pasos Diametral Pitch. Paso del husillo patrón. Carrera de la caña. Contrapunto Diámetro de la caña. Potencia del motor principal (habitualmente en kw). Motores Rango de velocidades. Tensión de entrada. Conexión eléctrica Potencia de conexión. Dimensiones. Dimensiones Peso. 53
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. Tabla 2.8 Características Técnicas del Torno.Estas características son técnicas son arbitrarias, ya que cada fabricante expondráen los catálogos las características técnicas que crea conveniente en cadamáquina.2.2.5 Operaciones de revisión en el torno.Para que un torno funcione correctamente y garantice la calidad de susmecanizados, es necesario que periódicamente se someta a una revisión y puestaa punto donde se ajustarán y verificarán todas sus funciones.Las tareas más importantes que se realizan en la revisión de los tornos son lassiguientes (Tabla 2.9). Para ello se deberá verificar la posición de la bancada Nivelación respecto la superficie de apoyo de ella, para esta tarea se usa un nivel de precisión. Concentricidad del Se realiza con un reloj comparador y haciendo girar el cabezal plato a mano, se verifica la concentricidad del cabezal. Comprobación de Se mecaniza un cilindro a un diámetro definido y con redondez de las un reloj comparador de precisión se verifica la piezas redondez del cilindro. Se fija en el plato un mandril de unos 300 mm de Alineación del eje longitud, se monta un reloj en el carro longitudinal y se principal verifica si el eje está alineado o desviado. Se consigue mecanizando un eje de 300 mm sujeto Alineación del entre puntos y verificando con un micrómetro de contrapunto precisión si el eje ha salido cilíndrico o tiene conicidad. Tabla 2.9 Operaciones de revisión para un torno.2.2.6 Parámetros de corte en el torno.Los parámetros de corte fundamentales que hay que considerar en el proceso detorneado son los siguientes: 54
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. • Elección del tipo de herramienta más adecuado. • Sistema de fijación de la pieza. • Velocidad de corte (Vc) expresada en metros/minuto. • Diámetro exterior del torneado. • Revoluciones por minuto (rpm) del cabezal del torno. • Avance en mm/rev. , de la herramienta. • Avance en mm/mi de la herramienta. • Profundidad de pasada. • Esfuerzos de corte. • Tipo de torno y accesorios adecuados.Debido al alto coste que tiene el tiempo de mecanizado, es de vital importanciahacer una selección adecuada de las herramientas que permita realizar losmecanizados en el menor tiempo posible y en condiciones de precisión y calidadrequeridas. Para ello tendremos en cuenta los siguientes factores (Tabla 2.10). Diseño y limitaciones Tamaño, tolerancias del torneado, tendencia a de la pieza vibraciones, sistemas de sujeción, acabado superficial. Cilindrados exteriores o interiores, refrentados, Operaciones de ranurados, desbaste, acabados, optimización para torneado a realizar realizar varias operaciones de forma simultánea, etc. Estabilidad y Cortes intermitente, voladizo de la pieza, forma y condiciones de estado de la pieza, estado, potencia y accionamiento mecanizado de la máquina, etc. Posibilidad de automatizar el mecanizado, poder Disponibilidad y realizar varias operaciones de forma simultánea, serie selección del tipo de de piezas a mecanizar, calidad y cantidad del torno refrigerante, etc. Dureza, estado, resistencia, maquinabilidad, barra, Material de la pieza fundición, forja, mecanizado en seco o con refrigerante, etc. Calidad de las herramientas, sistema de sujeción de la Disponibilidad de herramienta, acceso al distribuidor de herramientas, herramientas servicio técnico de herramientas, asesoramiento técnico. Optimización del mecanizado, duración de la Aspectos económicos herramienta, precio de la herramienta, precio del del mecanizado tiempo de mecanizado Tabla 2.10 Factores importantes en la elección de la herramienta de corte en el torno. 55
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.La velocidad de corte se define como velocidad de corte la velocidad lineal de laperiferia de la pieza que está en contacto con la herramienta. La velocidad decorte, que se expresa en metros por minuto (m/min), tiene que ser elegida antes deiniciar el mecanizado y su valor adecuado depende de muchos factores,especialmente de la calidad y tipo de herramienta que se utilice, de la profundidadde pasada, de la dureza y la maquinabilidad que tenga el material que se mecanicey de la velocidad de avance empleada. Las limitaciones principales de la máquinason su gama de velocidades, la potencia de los motores y de la rigidez de lafijación de la pieza y de la herramienta.A partir de la determinación de la velocidad de corte se puede determinar lasrevoluciones por minuto que tendrá el cabezal del torno, según la siguiente fórmula(Ecuación 2.1): n ൫min ൯* π* DC ሺmmሻ -1 m vc ቀ ቁ= mm ሺ2.1ሻ min 1000 ቀ ቁ mDonde: VC es la velocidad de corte. n es la velocidad de rotación de la herramienta. DC es el diámetro de la pieza.Si el valor de la velocidad de corte no es la adecuada el mecanizado no seráóptimo. Podemos diferenciar dos casos: • Si la velocidad de corte es excesiva, puede dar lugar a: - Desgaste muy rápido del filo de corte de la herramienta. - Deformación plástica del filo de corte con pérdida de tolerancia del mecanizado. - Calidad del mecanizado deficiente. • Si la velocidad de corte demasiado baja, puede dar lugar a: - Formación de filo de aportación en la herramienta. - Efecto negativo sobre la evacuación de viruta. - Baja productividad. - Coste elevado del mecanizado.La velocidad de rotación del cabezal del torno se expresa habitualmente enrevoluciones por minuto (rpm). En los tornos convencionales hay una gamalimitada de velocidades, que dependen de la velocidad de giro del motor principal ydel número de velocidades de la caja de cambios de la máquina. En los tornos decontrol numérico, esta velocidad es controlada con un sistema de realimentaciónque habitualmente utiliza un variador de frecuencia y puede seleccionarse una 56
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.velocidad cualquiera dentro de un rango de velocidades, hasta una velocidadmáxima.La velocidad de rotación de la herramienta (Ecuación 2.2) es directamenteproporcional a la velocidad de corte e inversamente proporcional al diámetro de lapieza. m mm VC ቀ ቁ * 1000 ቀ m ቁ n ൫min-1 ൯ = min ሺ2.2ሻ π* DC ሺmmሻLa velocidad de avance en el torneado es la velocidad relativa entre la pieza y laherramienta, es decir, la velocidad con la que progresa el corte. El avance de laherramienta de corte es un factor muy importante en el proceso de torneado.Cada herramienta puede cortar adecuadamente en un rango de velocidades deavance por cada revolución de la pieza, denominado avance por revolución. Esterango depende fundamentalmente del diámetro de la pieza, de la profundidad depasada, y de la calidad de la herramienta. La velocidad de avance (Ecuación 2.3)es el producto del avance por revolución por la velocidad de rotación de la pieza. ‫ܕܕ‬ ‫ܕܕ‬ fቀ ቁ = ‫ ܖ‬ሺ ‫ܕܘܚ‬ሻ ∗ f ቀ ቁ ሺ2.3ሻ ‫ܗܜܝܖܑܕ‬ ‫ܑ܋ܝܔܗܞ܍ܚ‬ó‫ܖ‬La velocidad de avance tiene los siguientes efectos en el mecanizado de unapieza: - Decisiva para la formación de viruta. - Afecta al consumo de potencia. - Contribuye a la tensión mecánica y térmica.Además, en función de la velocidad de avance podemos preciar los siguientesefectos: • Si la velocidad de avance es elevada: - Buen control de viruta. - Menor tiempo de corte. - Menor desgaste de la herramienta. - Riesgo más alto de rotura de la herramienta. - Elevada rugosidad superficial del mecanizado. • Si la velocidad de avance es baja: - Viruta más larga. 57
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. - Mejora de la calidad del mecanizado. - Desgaste acelerado de la herramienta. - Mayor duración del tiempo de mecanizado. - Mayor coste del mecanizado.El tiempo de torneado se define como el tiempo que tarda la herramienta enefectuar una pasada, y se determina según la siguiente ecuación (Ecuación 2.4): ‫ ܉܌܉ܛ܉ܘ ܍܌ ܌ܝܜܑ܏ܖܗۺ‬ሺ‫ܕܕ‬ሻ T (minutos) = ‫ܕܕ‬ ሺ2.4ሻ ܎ቀ ‫ܗܜܝܖܑܕ‬ቁLa fuerza de corte es la única que tiene importancia en el cálculo de la potenciaentre las fuerzas que ejerce la herramienta sobre la pieza, las fuerzas queaparecen en la pieza son las siguientes (Figura 2.17): Figura 2.17 Fuerzas que ejerce la herramienta a la pieza en el torneado. Vc: velocidad de corte; Fa: Fuerza de avance; Fc: Fuerza de corte; Fp: Fuerza penetración.Esta fuerza de corte depende de los ángulos y tipo de la herramienta, resistencia ala cortadura del material de la pieza, sección de viruta arrancada, avance,velocidad de corte,… La fórmula general de la fuerza de corte (Ecuación 2.4) es: ܎۱ = ۹ ۱ ∗ ‫܁‬ ሺ2.4ሻSiendo: - S es la sección de la viruta arrancada. - KC es la fuerza específica de corte. 58
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.La sección de la viruta (Ecuación 2.5) es: ‫܉ ∗ܘ =܁‬ ሺ2.5ሻDonde: - p es la profundidad de corte en mm. - a es el avance en mm.La fuerza específica KC (Ecuación 2.6) es: ۹ ۱ = ‫ ∗ ܋‬ો‫܀‬ ሺ2.6ሻDonde c está comprendida entre 3 < c < 5. Este valor lo podemos encontrar enfunción de la resistencia del material (Tabla 2.11) o en función de la sección deviruta (Tabla 2.12): Resistencia del material (kg/mm2) 50 60 70 75 80 90 100 KC 228 278 317 342 368 406 484 Relación c 4.5 4.6 4.5 4.5 4.6 4.5 4.8 Tabla 2.11 Valor c en función de la resistencia del material. Sección de viruta S = mm2 1 2 4 6 8 10 12 Relación c 4.8 4.5 4 3.7 3.5 3.5 3.3 Tabla 2.12 Valor c en función de la sección de la viruta.La potencia de corte (Pc) necesaria para efectuar un determinado mecanizado secalcula a partir del valor del volumen de arranque de viruta, la fuerza específica decorte y del rendimiento que tenga la máquina.Para poder obtener el valor de potencia correcto, el valor obtenido tiene quedividirse por un determinado valor (ƞ) que tiene en cuenta la eficiencia de lamáquina. Este valor es el porcentaje de la potencia del motor que está disponibleen la herramienta puesta en el husillo.Por tanto la potencia de corte (Ecuación 2.7) vendrá definida por: 59
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. ‫ܕܕ‬ ‫ܕ‬ ۹ ۱ ሺ‫ܕܕ/.܏ܓ‬૛ ሻ ∗ ‫ ܘ‬ሺ‫ܕܕ‬ሻ ∗ ܎ ቀ ቁ ∗ ‫ ۱܄‬ቀ ቁ ‫ ۱۾‬ሺ۱‫܄‬ሻ = ‫ܖܑܕ‬ ‫ܖܑܕ‬ ሺ2.7ሻ ૝૞૙૙ ∗ ƞDonde: - Pc es la potencia de corte (CV). - Ac es el diámetro de la pieza (mm). - f es la velocidad de avance (mm/min). - Vc es la velocidad de corte (m/min). - ƞ es el rendimiento o la eficiencia de la máquina.Normalmente de los catálogos de herramientas, podemos obtener a partir detablas (Tabla 2.14) los valores orientativos de las condiciones de corte en funciónde tres variables principales como son: • Material de la pieza. • Material de la herramienta, principalmente se diferencian dos tipos: - Metal duro (M.D.), cuando se trabaja en seco, y cuya duración del filo es de 15 minutos. - Acero rápido (HSS), cuando se trabaja con taladrina (σaceite), y la duración del filo es de 60 minutos. • Tipo de mecanizado, ya sea un mecanizado de desbaste o un mecanizado de acabado.Una de estas tablas puede ser la siguiente: Desbaste Acabado Material Herramienta VC Ad Pd VC Aa PaAcero Inoxidable M.D. 60 ≤1 ≤8 100 ≤0.25 ≤2Acero Moldeado M.D. 50 ≤1 ≤10 80 ≤0.25 ≤2 HSS 15 ≤2 ≤10 20 ≤0.25 ≤2 Fundición Gris M.D. 75 ≤2 ≤10 120 ≤0.25 ≤2 HSS 80 ≤1 ≤8 100 ≤0.2 ≤1 Aluminio M.D. 1250 ≤1 ≤8 1750 ≤0.2 ≤1 Duraluminio M.D. 300 ≤1 ≤8 400 ≤0.2 ≤1 60
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. HSS 30 ≤1 ≤10 45 ≤0.2 ≤1 Latón M.D. 450 ≤1 ≤8 550 ≤0.2 ≤1 HSS 25 ≤1 ≤10 35 ≤0.2 ≤1 Bronce M.D. 250 ≤1 ≤8 350 ≤0.2 ≤1 HSS 22 0.5-1 ≤10 30 0.1-0.2 ≤2 σR ≤ 50 M.D. 150 1– 2.5 ≤15 250 0.1-0.25 ≤2 σR HSS 20 0.5-1 ≤10 24 0.1-0.2 ≤2 (50-70) M.D. 120 1– 2.5 ≤15 200 0.1-0.25 ≤2Acero alCarbono HSS 15 0.5-1 ≤10 20 0.1-0.2 ≤1.5 σR (70-85) M.D. 80 1– 2 ≤15 140 0.1-0.2 ≤1.5 σR ≈ HSS 12 0.5-1 ≤8 16 0.1-0.2 ≤1 100 M.D. 32 0.5-1 ≤5 50 0.1-0.2 ≤1 Tabla 2.13 Valores orientativos de las condiciones de corte. VC (m/min); a (mm/rev); p(mm); σR 2 (daN/mm ).2.3 Fresadora.Una fresadora es una máquina herramienta utilizada para realizar mecanizados porarranque de viruta mediante el movimiento de una herramienta rotativa de variosfilos de corte denominada fresa. En las fresadoras tradicionales, la pieza sedesplaza acercando las zonas a mecanizar a la herramienta, permitiendo obtenerformas diversas, desde superficies planas a otras más complejas.Debido a la variedad de mecanizados que se pueden realizar en las fresadorasactuales, al amplio número de máquinas diferentes entre sí, tanto en su potenciacomo en sus características técnicas, a la diversidad de accesorios utilizados y a lanecesidad de cumplir especificaciones de calidad rigurosas, la utilización defresadoras requiere de personal cualificado profesionalmente, ya sea programador,preparador o fresador.En las fresadoras podemos descomponer su movilidad según donde este aplicada,donde tenemos los siguientes: • Movimientos de la herramienta: el principal movimiento de la herramienta es el giro sobre su eje. En algunas fresadoras también es posible variar la inclinación de la herramienta o incluso prolongar 61
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. su posición a lo largo de su eje de giro. En las fresadoras de puente móvil todos los movimientos los realiza la herramienta mientras la pieza permanece inmóvil. • Movimientos de la mesa: la mesa de trabajo se puede desplazar de forma manual o automática con velocidades de avance de mecanizado o con velocidades de avance rápido en vacío. Para ello cuenta con una caja de avances expresados de mm/minuto, donde es posible seleccionar el avance de trabajo adecuado a las condiciones tecnológicas del mecanizado. - Movimiento longitudinal: según el eje X, que corresponde habitualmente al movimiento de trabajo. Para facilitar la sujeción de las piezas la mesa está dotada de unas ranuras en forma de T para permitir la fijación de mordazas u otros elementos de sujeción de las piezas y además puede inclinarse para el tallado de ángulos. Esta mesa puede avanzar de forma automática de acuerdo con las condiciones de corte que permita el mecanizado. - Movimiento transversal: según el eje Y, que corresponde al desplazamiento transversal de la mesa de trabajo. Se utiliza básicamente para posicionar la herramienta de fresar en la posición correcta. - Movimiento vertical: según el eje Z, que corresponde al desplazamiento vertical de la mesa de trabajo. Con el desplazamiento de este eje se establece la profundidad de corte del fresado. - Giro respecto a un eje longitudinal: según el grado de libertad U. Se obtiene con un cabezal divisor o con una mesa oscilante. - Giro respecto a un eje vertical: según el grado de libertad W. En algunas fresadoras se puede girar la mesa 45º a cada lado, en otras la mesa puede dar vueltas completas.A partir del movimiento relativo entre la pieza y la herramienta obtenemos elmovimiento de trabajo de la fresadora: • El movimiento de corte es el que realiza la punta de la herramienta alrededor del eje del portaherramientas. • El movimiento de avance es el movimiento de aproximación de la herramienta desde la zona cortada a la zona sin cortar. • El movimiento de profundización, se realiza mediante un desplazamiento vertical de la pieza. 62
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. Figura 2.18 Ejes principales en las fresadoras.2.3.1 Tipos de fresadoras.Las fresadoras pueden clasificarse según varios aspectos, como la orientación deleje de giro o el número de ejes de operación. A continuación se indican lasclasificaciones más usuales. • Fresadoras según la orientación de la herramienta: dependiendo de la orientación del eje de giro de la herramienta de corte, se distinguen tres tipos de fresadoras: horizontales, verticales y universales. - Fresadora horizontal: utiliza fresas cilíndricas que se montan sobre un eje horizontal accionado por el cabezal de la máquina y apoyado por un extremo sobre dicho cabezal y por el otro sobre un rodamiento situado en el puente deslizante llamado carnero. Esta máquina permite realizar principalmente trabajos de ranurado, con diferentes perfiles o formas de las ranuras. Cuando las operaciones a realizar lo permiten, principalmente al realizar varias ranuras paralelas, puede aumentarse la productividad montando en el eje portaherramientas varias fresas conjuntamente formando un tren de fresado. La profundidad máxima de una ranura está limitada por la diferencia entre el radio exterior de la fresa y el radio exterior de los casquillos de separación que la sujetan al eje portafresas. - Fresadora vertical: el eje del husillo está orientado verticalmente, perpendicular a la mesa de trabajo. Las fresas de corte se montan en el husillo y giran sobre su eje. En 63
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. general, puede desplazarse verticalmente, bien el husillo, o bien la mesa, lo que permite profundizar el corte. Hay dos tipos de fresadoras verticales: las fresadoras de banco fijo o de bancada y las fresadoras de torreta o de consola. En una fresadora de torreta, el husillo permanece estacionario durante las operaciones de corte y la mesa se mueve tanto horizontalmente como verticalmente. En las fresadoras de banco fijo, sin embargo, la mesa se mueve sólo perpendicularmente al husillo, mientras que el husillo en sí se mueve paralelamente a su propio eje. - Una fresadora universal tiene un husillo principal para el acoplamiento de ejes portaherramientas horizontales y un cabezal que se acopla a dicho husillo y que convierte la máquina en una fresadora vertical. Su ámbito de aplicación está limitado principalmente por el costo y por el tamaño de las piezas que se pueden trabajar. En las fresadoras universales, al igual que en las horizontales, el puente es deslizante, conocido como carnero, puede desplazarse de delante a detrás y viceversa sobre unas guías. • Fresadoras especiales: además de las fresadoras tradicionales, existen otras fresadoras con características especiales que pueden clasificarse en determinados grupos. Sin embargo, las formas constructivas de estas máquinas varían sustancialmente de unas a otras dentro de cada grupo, debido a las necesidades de cada proceso de fabricación. - Las fresadoras circulares tienen una amplia mesa circular giratoria, por encima de la cual se desplaza el carro portaherramientas, que puede tener uno o varios cabezales verticales, por ejemplo, uno para operaciones de desbaste y otro para operaciones de acabado. Además pueden montarse y desmontarse piezas en una parte de la mesa mientras se mecanizan piezas en el otro lado. - Las fresadoras copiadoras disponen de dos mesas: una de trabajo sobre la que se sujeta la pieza a mecanizar y otra auxiliar sobre la que se coloca un modelo. El eje vertical de la herramienta está suspendido de un mecanismo con forma de pantógrafo que está conectado también a un palpador sobre la mesa auxiliar. Al seguir con el palpador el contorno del modelo, se define el movimiento de la herramienta que mecaniza la pieza. - Fresadoras de pórtico, también conocidas como fresadoras de puente, el cabezal portaherramientas vertical se halla sobre una estructura con dos columnas situadas en lados opuestos de la mesa. La herramienta puede moverse 64
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. verticalmente y transversalmente y la pieza puede moverse longitudinalmente. Algunas de estas fresadoras disponen también a cada lado de la mesa sendos cabezales horizontales que pueden desplazarse verticalmente en sus respectivas columnas, además de poder prolongar sus ejes de trabajo horizontalmente. Se utilizan para mecanizar piezas de grandes dimensiones. • Fresadoras según el número de ejes: las fresadoras pueden clasificarse en función del número de grados de libertad que pueden variarse durante la operación de arranque de viruta. - Fresadora de tres ejes. Puede controlarse el movimiento relativo entre pieza y herramienta en los tres ejes de un sistema cartesiano. - Fresadora de cuatro ejes. Además del movimiento relativo entre pieza y herramienta en tres ejes, se puede controlar el giro de la pieza sobre un eje, como con un mecanismo divisor o un plato giratorio. Se utilizan para generar superficies con un patrón cilíndrico, como engranajes o ejes estriados. - Fresadora de cinco ejes. Además del movimiento relativo entre pieza y herramienta en tres ejes, se puede controlar o bien el giro de la pieza sobre dos ejes, uno perpendicular al eje de la herramienta y otro paralelo a ella (como con un mecanismo divisor y un plato giratorio en una fresadora vertical); o bien el giro de la pieza sobre un eje horizontal y la inclinación de la herramienta alrededor de un eje perpendicular al anterior.2.3.2 Componentes y accesorios principales.Los componentes principales que constituyen la fresadora son: • Bancada: es una especie de cajón de fundición, de base reforzada y generalmente, rectangular. Por medio de la bancada se apoya la máquina en el suelo. Es el sostén de los demás órganos de la fresadora. • Husillo principal: es uno de los elementos esenciales de la máquina, puesto que es el que sirve de soporte a la herramienta y le da movimiento. El husillo recibe el movimiento a través de la caja de velocidades. • Mesa longitudinal: es el punto de apoyo de las piezas que van a ser trabajadas. Estas piezas se pueden montar directamente o por medio de accesorios de fijación. La mesa tiene agujeros en forma de T para alojar los tornillos de fijación. 65
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. • Carro transversal: es una pieza de fundición de forma rectangular, en cuya parte superior se desliza y gira la mesa en un plano horizontal. En la base inferior está ensamblado a la consola, sobre la que se desliza manualmente por medio de tuerca y tornillo, o automáticamente, por medio de cajas de avance. Se puede inmovilizar. • Carro vertical o ménsula: sirve de apoyo a la mesa y sus mecanismos de accionamiento. Se desliza verticalmente en el bastidor a través de una guía por medio de un tornillo telescópico y una tuerca fija. • Caja de velocidades del husillo: tiene una serie de engranajes que pueden acoplarse según diferentes relaciones de transmisión. Esto permite una extensa gama de velocidades del husillo principal. El accionamiento de esta caja es independiente del que efectúa la caja de avances. • Caja de avances: es un mecanismo construido por una serie de engranajes ubicados en el interior del bastidor. Recibe el movimiento directamente del accionamiento principal de la máquina. Se pueden establecer diferentes velocidades de avance. Figura 2.19 Componentes principales en la fresadora. 1. Bancada. 2. Columna. 3. Cabezal o husillo principal. 4. Carro longitudinal. 5. Carro transversal. 6. Carro vertical o ménsula. 7. Accionamiento manual de los carros (caja de avances). 66
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.Los accesorios principales de los que dispone las fresadoras se pueden dividir dela siguiente forma: • Dispositivos de adición de ejes: cabezal multiangular (permite orientar el eje del portaherramientas), divisor universal con contrapunto y juego de engranes y mesa circular divisora. • Dispositivos para sujeción de piezas: mordaza giratoria graduada y mordaza hidráulica. • Dispositivos para sujeción de herramientas: ejes porta-fresas largos y cortos, eje porta-pinzas y juego de pinzas. • Dispositivos para operaciones especiales: aparato de mortajar giratorio, cabezal de mandrinar. • Dispositivos de control: visualización digital de cotas y palpadores de medida.La sujeción de las herramientas es la condición previa más importante para realizarun fresado correcto es que la fresa esté bien sujeta. Para fijar y sujetar la fresa senecesitan herramientas especiales tales como husillos porta-fresa pasantes conanillos, husillos enchufables, los así llamados mandriles en voladizo (Figura 2.20) ymandriles de sujeción (Figura 2.21). Figura 2.20 Husillo enchufable o de voladizo. Figura 2.21 Mandril de sujeción.Hay que usar husillos o mandriles porta-fresa tan cortos como sea posible. 67
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.Estas herramientas de sujeción tienen como Morse normalizados o conos ISO. Losconos ajustan en los conos de alojamiento que llevan los husillos porta-fresa. Unperno de apriete lleva la herramienta de sujeción al cono interior de la máquinasujetándola e impidiendo un aflojamiento no previsto. La posición deseada de lafresa respecto a la pieza se obtiene anillos intermedios.La fresa es arrastrada mediante chavetas de guía y más raramente, en el caso defresas de gran rendimiento fuertemente solicitadas, mediante chavetastransversales. El husillo, o árbol, porta-fresa se apoya en un contrasoporte paraabsorber la fuerza de corte y para evitar la flexión.Los soportes deben estar tan próximos a la fresa como sea posible. Las superficiesde los anillos intermedios y las de los útiles tienen que ser exactamente paralelas ynormales al taladro, pues de lo contrario se deformaría el husillo al proceder alfresado.Allí donde las herramientas han de ser recambiadas muy frecuentemente seutilizan mandriles porta-fresa de cambio rápido en vez de los aparatos normales desujeción. Constan de un cuerpo fundamental que permanece en la máquina y delas distintas piezas portaútil, que pueden ser cambiadas rápidamente.Los dispositivos de sujeción de la pieza se utilizan para conseguir una correctafijación de las piezas en la mesa de trabajo de una fresadora. El sistema desujeción que se adopte debe permitir que la carga y la descarga de las piezas en lamesa de trabajo sean rápidas y precisas, garantizar la repetitividad de lasposiciones de las piezas y su amarre con una rigidez suficiente. Además, elsistema de sujeción empleado debe garantizar que la herramienta de corte puedarealizar los recorridos durante las operaciones de corte sin colisionar con ningúnutillaje.Existen dos tipos principales de dispositivos de fijación: las bridas de apriete y lasmordazas, siendo estas últimas las más usuales. Las mordazas empleadaspueden ser de base fija o de base giratoria. Las mordazas de base giratoria estánmontadas sobre un plato circular graduado. Mordazas pueden ser deaccionamiento manual o de accionamiento hidráulico. Las mordazas hidráulicaspermiten automatizar la apertura y el cierre de las mismas así como la presión deapriete. Las mesas circulares, los platos giratorios y los mecanismos divisores sonelementos que se colocan entre la mesa de la máquina y la pieza para lograrorientar la pieza en ángulos medibles.Además, hay otros dispositivos que facilitan el apoyo como ranuras en V para fijarredondos o placas angulares para realizar chaflanes y utillajes de diseño especial.Al fijar una pieza larga con un mecanismo divisor pueden utilizarse un contrapuntoy lunetas. Para la fijación de las piezas y los dispositivos que se utilizan, las mesasdisponen de unas ranuras en forma de T en las cuales se introducen los tornillos 68
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.que fijan los utillajes y dispositivos utilizados. También es posible utilizardispositivos magnéticos que utilizan imanes.Disponemos de cuatro posibilidades para la sujeción de la pieza, estas son: 1. Sujeción mediante tornillo de maquina o mordazas: donde las piezas se sujeta por presión, mediante un accionamiento mecánico, neumático o hidráulico. Estas mordazas pueden ser sencillas, giratorias o universales. Figura 2.22 mordaza simple. 2. Sujeción por cabezales divisores: el cabezal divisor se necesita para la fabricación de piezas en las que hay que realizar trabajos de fresado según determinadas divisiones (ruedas dentadas, cuadrados y hexágonos, árboles de chavetas múltiples, fresas, escariadores). Con su ayuda también es posible fresar ranuras en espiral. El cabezal divisor (aparato divisor universal) (Figura 2.23) consta de la carcasa en que va soportado el husillo del cabezal divisor. Este husillo sirve para alojar el montaje de sujeción. Las piezas a trabajar pueden sujetarse en voladizo o entre puntos. El disco divisor va fijado sobre el husillo del cabezal. En el aparato divisor también existe un mecanismo de tornillo sin fin necesario para la división indirecta, así como un dispositivo para la división diferencial y para el fresado de ranuras helicoidales. Figura 2.23 Cabezal divisor. A. cabezal divisor vertical. B. cabezal divisor horizontal.En estos trabajos cabe distinguir la división sencilla o directa, la división indirecta yla división de compensación o división diferencial. 69
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. • División sencilla (directa): en el procedimiento de división directa no están engranados el tornillo sin fin y la rueda helicoidal. El engrane se obtiene en virtud del giro de un cojinete rotativo excéntricamente en que va soportado el tornillo sin fin. La división se produce en un disco divisor que generalmente tiene 24 agujeros o muescas (entalladuras) pero algunas veces también 16, 36, 42 ó 60. El disco divisor en el que encaja un punzón divisor, está fijado al husillo del cabezal. En cada paso de división, el disco divisor y con él la pieza girada en las correspondientes distancias entre agujeros. No pueden obtenerse más divisiones que las que permiten, sin resto, el número de agujeros o muescas del plato divisor. De este modo pueden realizarse divisiones son dispositivos sencillos, que generalmente poseen discos recambiables. Mediante la división directa se opera más rápidamente que con los otros procedimientos. • División indirecta: en la división indirecta el husillo del cabezal divisor es accionado a través de un tornillo sin fin y una rueda helicoidal. La relación de transmisión del mecanismo de tornillo sin fin es 40: 1, es decir que 40 revoluciones de la manivela divisora suponen una revolución del husillo del cabezal divisor. Si, por ejemplo, se quiere tener una división decimal, para cada paso parcial serán necesarias 40: 10 = 4 vueltas de la manivela divisora. Para 32 divisiones, por ejemplo, se necesitarán 40: 32 = 1 8/32 = 1 ¼ revoluciones. Para poder realizar el ¼ de revolución, hará falta un disco de agujeros con una circunferencia de agujeros cuyo número sea divisible por 4. Los discos de agujeros (Figura 2.24) son recambiables. Tienen por lo general de seis a ocho circunferencias concéntricas de agujeros con diferentes números de agujeros. Dentro de cada circunferencia las distancias entre agujeros son iguales. La división se facilita mediante la utilización de la tijera de dividir. Se ahorra uno el tiempo perdido en el engorroso recuento de agujeros, expuesto además a equivocaciones. Entre ambos brazos de la tijera siempre tiene que haber un agujero más que el número de espacios entre ellos que se había calculado. Para evitar errores en la división hay que tener cuidado al seguir dividiendo, de que la manivela gire siempre por error, habrá que retroceder suficientemente la manivela para eliminar la acción del recorrido muerto, y entonces volver a girar hacia delante. 70
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA ARA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATE MATERIAL. Figura 2.24 Discos de agujeros • División diferencial la división diferencial constituye una diferencial: a ampliación del procedimiento indirecto de división. Se emplea en los casos en que no es posible la división indirecta por no existir en ninguno de los discos los agujeros, las circunferencias de agujeros necesarias. Se elige por ello un número auxiliar de división (T´) que pueda ser obtenido por división indirecta y que pueda ser mayor o menor que el número pedido (T). La diferencia resultante (T´ - T) se diferencia compensa mediante un movimiento de giro del disco de agujeros se produce partiendo del husillo del cabezal a través de ruedas de cambio. Debe marchar paralelamente al movimiento de la manivela de división cuando T´ es mayor que T, tener sentido opuesto cuando T´ se eligió menor que T. En la división diferencial el disco de agujeros no debe quedar sujeto a la carcasa mediante la clavija de fijación, tal como suceda en la división indirecta ((Figura 2.20). Tiene que poder girar, co la clavija suelta. con Figura 2.25 Divisor diferencial. 71
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. 3. Sujeción directa sobre la mesa: se emplea para la sujeción de piezas de gran tamaño. Las piezas se fijan mediante bridas, tornillos, cuñas, etc. 4. Sistema de sujeción modulares: sistemas basados en una placa base con agujeros o ranuras, este sistema es flexible, ya que se puede adaptar una gran variedad de formas geométricas. Debido a la estandarización son configurables por CAD. Figura 2.26 Sujeción modular.2.3.3 Herramientas y operaciones realizadas en una fresadora.A las herramientas de la fresadora se llama fresas, estas son herramientascirculares, de corte múltiple. En su sentido más amplio las fresas pueden dividirsecomo sólidos de revolución en cuya superficie se encuentran repartidas cuchillasdenominadas dientes que se clavan y arrancan viruta de material al girar alrededorde su eje. Los elementos característicos que definen la fresa son: • El cuerpo que es el núcleo sobre el que van apoyados los dientes. • El dentado que es el elemento activo de la pieza. Los dientes cortantes de las fresas pueden ser rectilíneos o helicoidales, y de perfil recto o formando un ángulo determinado. • El mango por el que se sujeta al portaherramientas. • La periferia es la superficie de revolución imaginaria que envuelve al filo de los dientes.Las fresas para mecanizados de grandes series, y materiales duros, llevanincorporadas plaquetas de metal duro o de metal-cerámica (cermet) que se fijanmediante tornillos de apriete sobre los discos de las fresas.El número de dientes de una fresa depende de su diámetro, de la cantidad deviruta que debe arrancar, de la dureza del material y del tipo de fresa.Podemos realizar varios tipos de fresados, los cuales pueden clasificarse de lasiguiente forma: 1. En función del avance y de la profundidad de pasada podemos diferenciar 3 tipos de fresado, estos son: 72
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. • Fresado frontal: - Avance perpendicular al eje de giro. - Profundidad de corte en dirección axial. - Corte producido por los filos periféricos. • Fresado periférico: - Avance perpendicular al eje de giro. - Profundidad de corte en dirección radial. - Corte producido por los filos periféricos. • Fresado axial: - Avance y profundidad de corte en dirección axial. - Corte producido por los filos de la cara frontal. - Generalmente se taladra hasta una profundidad y luego se avanza radialmente. Figura 2.27 Tipos de fresado. A. Fresado frontal. B. Fresado periférico. C. Fresado axial. 2. Dependiendo del giro de la herramienta respecto a la pieza: • Fresado periférico en oposición: - Dirección de avance de la pieza opuesta a la de rotación de la fresa en el área de corte. El espesor de viruta comienza en cero e incrementa su espesor al final del corte. - Fuerzas tienden a empujar pieza fuera de la mesa. • Fresado periférico en concordancia: - Dirección de avance de la pieza la misma que la de rotación de la fresa en el área de corte. El espesor de viruta va disminuyendo desde el comienzo de corte hasta el final del corte. - Preferible cuando lo permitan la máquina-herramienta, los amarres y la pieza de trabajo. 73
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. Figura 2.28 Tipos de fresado. A. Fresado en oposición. B. Fresado en concordancia.Las operaciones que podemos realizar en una fresadora son: • Planeado y Planeado en escuadra. La aplicación más frecuente de fresado es el planeado, que tiene por objetivo conseguir superficies planas. Para el planeado se utilizan generalmente fresas de planear de plaquitas intercambiables de metal duro, existiendo una gama muy variada de diámetros de estas fresas y del número de plaquitas que monta cada fresa. Los fabricantes de plaquitas recomiendan como primera opción el uso de plaquitas redondas o con ángulos de 45º como alternativa. • Ranurado recto. Para el fresado de ranuras rectas se utilizan generalmente fresas cilíndricas con la anchura de la ranura y, a menudo, se montan varias fresas en el eje portafresas permitiendo aumentar la productividad de mecanizado. Las fresas cilíndricas se caracterizan por tener tres aristas de corte: la frontal y las dos laterales. En la mayoría de aplicaciones se utilizan fresas de acero rápido ya que las de metal duro son muy caras y por lo tanto solo se emplean en producciones muy grandes. • Ranurado de forma. Se utilizan fresas de la forma adecuada a la ranura, que puede ser en forma de T, de cola de milano, etc. • Ranurado de chaveteros. Se utilizan fresas cilíndricas con mango, conocidas en el argot como bailarinas, con las que se puede avanzar el corte tanto en dirección perpendicular a su eje como paralela a este. • Copiado. Para el fresado en copiado se utilizan fresas con plaquitas de perfil redondo a fin de poder realizar operaciones de mecanizado en orografías y perfiles de caras cambiantes. Existen dos tipos de fresas de copiar: las de perfil de media bola y las de canto redondo o tóricas. • Corte. Una de las operaciones iníciales de mecanizado que hay que realizar consiste muchas veces en cortar las piezas a la 74
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. longitud determinada partiendo de barras y perfiles comerciales de una longitud mayor. Para el corte industrial de piezas se utilizan indistintamente sierras de cinta o fresadoras equipadas con fresas cilíndricas de corte. Lo significativo de las fresas de corte es que pueden ser de acero rápido o de metal duro. Se caracterizan por ser muy delgadas (del orden de 3 mm aunque puede variar), tener un diámetro grande y un dentado muy fino. Se utilizan fresas de disco relativamente poco espesor (de 0,5 a 6 mm) y hasta 300 mm de diámetro con las superficies laterales retranqueadas para evitar el rozamiento de estas con la pieza. • Cajeras. Se usan para realizar vaciados de material en la pieza. • Torno-fresado. Este tipo de mecanizado utiliza la interpolación circular en fresadoras de control numérico y sirve tanto para el torneado de agujeros de precisión como para el torneado exterior. El proceso combina la rotación de la pieza y de la herramienta de fresar siendo posible conseguir una superficie de revolución. Esta superficie puede ser concéntrica respecto a la línea central de rotación de la pieza. Si se desplaza la fresa hacia arriba o hacia abajo coordinadamente con el giro de la pieza pueden obtenerse geometrías excéntricas, como el de una leva, o incluso el de un árbol de levas o un cigüeñal. Con el desplazamiento axial es posible alcanzar la longitud requerida. • Fresado de roscas. El fresado de roscas requiere una fresadora capaz de realizar interpolación helicoidal simultánea en dos grados de libertad: la rotación de la pieza respecto al eje de la hélice de la rosca y la traslación de la pieza en la dirección de dicho eje. El perfil de los filos de corte de la fresa deben ser adecuados al tipo de rosca que se mecanice. • Taladrado, escariado y mandrinado. Estas operaciones se realizan habitualmente en las fresadoras de control numérico dotadas de un almacén de herramientas y utilizando las herramientas adecuadas para cada caso. • Mortajado. Consiste en mecanizar chaveteros en los agujeros, para lo cual se utilizan brochadoras o bien un accesorio especial que se acopla al cabezal de las fresadoras universales y transforma el movimiento de rotación en un movimiento vertical alternativo.2.3.4 Características técnicas de las fresadoras.Las características técnicas de una fresadora es importante conocerlas, ya quecada máquina tendrá unas limitaciones y estas deberán satisfacer las necesidadesmínimas para realizar el trabajo requerido en una industria o taller. Normalmenteencontraremos las siguientes características en los catálogos (Tabla 2.15). 75
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. Dimensiones de la mesa de trabajo. Angulo de giro de la mesa. Mesa de trabajo Recorrido longitudinal de la mesa. Recorrido transversal. Recorrido vertical. Almacén porta-herramientas. Equipamiento Cabezal o plato divisor. Potencia del motor principal (habitualmente en kw). Motores Rango de velocidades. Tensión de entrada. Conexión eléctrica Potencia de conexión. Fusible previo máximo. Dimensiones. Dimensiones Peso. Tabla 2.14 Características Técnicas de una fresadora.2.3.5 Operaciones de revisión en la fresadora.Tanto en su construcción como en el mantenimiento preventivo que de formaperiódica deben realizarse a las fresadoras es necesario controlar los siguientesparámetros: • Cimentación y nivelación. Las fresadoras deben estar sujetas en cimientos que amortigüen de la mejor forma posible las vibraciones, así como que esté correctamente nivelada para asegurar un buen funcionamiento a la mesa en sus desplazamientos siendo necesario utilizar niveles de precisión. • Alineación. Mediante el uso de comparadores hay que verificar que la mesa esté totalmente alineada procediendo a su reglaje si se observan desalineaciones. • Funcionamiento del eje porta-fresas. Se hace necesario verificar periódicamente con un comparador el posible descentrado del eje porta-fresas en su movimiento rotatorio. • Alineación de los puntos del plato divisor y el contrapunto. Utilizando un gramil adecuado se procede a verificar la altura y alineación de estos dos accesorios. 76
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. • Comprobación de la precisión de los nonios graduados. Verificar si los desplazamientos reales coinciden con la graduación de los tambores. • Verificación del juego del eje porta-fresas en la luneta del carnero. Si existe un juego excesivo es necesario proceder a la sustitución casquillo de bronce de la luneta.2.3.6 Parámetros de corte en la fresadora.Los parámetros tecnológicos fundamentales que hay que considerar en el procesode fresado son los siguientes: • Elección del tipo de máquina, accesorios y sistemas de fijación de pieza y herramienta más adecuados. • Elección del tipo de fresado: frontal, tangencial en concordancia o tangencial en oposición. • Elección de los parámetros de corte: velocidad de corte (Vc), velocidad de giro de la herramienta (n), velocidad de avance (Va), profundidad de pasada (p), anchura de corte (Ac), etc.)No hay unanimidad dentro del sector del mecanizado en las denominaciones delos procedimientos de fresado. El fresado tangencial también es denominadofresado periférico, fresado cilíndrico o fresado helicoidal.Para obtener una buena calidad en la superficie mecanizada, el fresado enconcordancia es el método de fresado más recomendable siempre que la máquina,la herramienta y los utillajes lo permitan.En el fresado en oposición, el espesor de la viruta y la presión de corte aumentansegún avanza la herramienta, por lo que se requiere menos potencia para lamáquina. Sin embargo, este método presenta varios inconvenientes. Producevibraciones en la máquina y una peor calidad superficial del mecanizado. Hay quetener cuidado con la sujeción de la pieza porque el empuje de la herramientatenderá a expulsarla del amarre. En el fresado en concordancia, los dientes de la fresa inician el corte de la piezacon el máximo espesor de viruta, por lo que se necesita mayor esfuerzo de corteque en el fresado en oposición. Cuando la fresa se retira de la pieza, el espesor dela viruta es menor y por tanto la presión de trabajo es menor, produciendo así unmejor acabado de la superficie mecanizada. Este método de fresado requieremáquinas de mayor potencia y rigidez. Este fresado favorece la sujeción de lapieza porque tiende a apretarla hacia abajo. 77
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.Al utilizar herramientas cuyos filos de corte permiten avanzar el corte en direcciónaxial y en dirección radial, como en las fresas de planear o las bailarinas, en lamayoría de los casos es recomendable que, cuando la fresa está cortando, serealicen prioritariamente los movimientos de avance en la dirección radial. Esto esdebido a que la geometría de los filos de corte, en la mayoría de los casos, estádiseñada para que se desgasten más lentamente al avanzar el corte en direcciónradial. Teniendo esto en cuenta, los movimientos de profundización con estasherramientas se realizan preferentemente en vacío, se limitan a una perforacióninicial o dicha perforación se realiza con otras herramientas, por ejemplo brocas ocoronas. No obstante, cuando se utilizan plaquitas redondas en fresas de perfilares indiferente la dirección de avance.La Velocidad de corte se define como velocidad de corte la velocidad lineal de laperiferia de la fresa u otra herramienta que se utilice en el fresado. La velocidad decorte, que se expresa en metros por minuto (m/min), tiene que ser elegida antes deiniciar el mecanizado y su valor adecuado depende de muchos factores,especialmente de la calidad y tipo de fresa que se utilice, de la dureza y lamaquinabilidad que tenga el material que se mecanice y de la velocidad de avanceempleada. Las limitaciones principales de la máquina son su gama de velocidades,la potencia de los motores y de la rigidez de la fijación de la pieza y de laherramienta.Como cada filo de corte de la fresa trabaja intermitentemente sobre la pieza,cortando únicamente durante una fracción de cada revolución de la herramienta,los filos de corte alcanzan temperaturas inferiores a las que se alcanzan en untorno y, en consecuencia, se utilizan velocidades de corte mayores. No obstante, eltrabajo de la fresa en conjunto puede no considerarse intermitente, pues siemprehay un filo de corte en fase de trabajo.A partir de la determinación de la velocidad de corte se puede determinar lasrevoluciones por minuto que tendrá el husillo portaherramientas según la siguientefórmula (Ecuación 2.8): m n ൫min-1 ൯* π* DC ሺmmሻ VC ቀ ቁ= mm ሺ2.8ሻ min 1000 ቀ ቁ mDonde: VC es la velocidad de corte. n es la velocidad de rotación de la herramienta. DC es el diámetro de la pieza. 78
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.La velocidad de corte es el factor principal que determina la duración de laherramienta. Una alta velocidad de corte permite realizar el mecanizado en menostiempo pero acelera el desgaste de la herramienta. En ocasiones, es deseableajustar la velocidad de corte para una duración diferente de la herramienta, para locual, los valores de la velocidad de corte se multiplican por un factor de corrección.La relación entre este factor de corrección y la duración de la herramienta enoperación de corte no es lineal.Una velocidad de corte excesiva puede dar lugar a un desgaste muy rápido del filode corte de la herramienta, a la deformación plástica del filo de corte con pérdidade tolerancia del mecanizado y, en general, a una calidad del mecanizadodeficiente. Por otra parte, una velocidad de corte demasiado baja puede dar lugar ala formación de filo de aportación en la herramienta, a dificultades en la evacuaciónde viruta y al aumento del tiempo de mecanizado, lo cual se traduce en una bajaproductividad y un coste elevado del mecanizado.La velocidad de rotación del husillo portaherramientas se expresa habitualmenteen revoluciones por minuto (rpm). En las fresadoras convencionales hay una gamalimitada de velocidades, que dependen de la velocidad de giro del motor principal ydel número de velocidades de la caja de cambios de la máquina. En las fresadorasde control numérico, esta velocidad es controlada con un sistema derealimentación en el que puede seleccionarse una velocidad cualquiera dentro deun rango de velocidades, hasta una velocidad máxima.La velocidad de rotación de la herramienta es directamente proporcional a lavelocidad de corte y al diámetro de la herramienta (Ecuación 2.9). m mm VC ቀ ቁ * 1000 ቀ ቁ n ൫min ൯ = min m ሺ2.9ሻ -1 π* DC ሺmmሻLa velocidad de avance en el fresado es la velocidad relativa entre la pieza y laherramienta, es decir, la velocidad con la que progresa el corte. El avance y elradio de la punta de la herramienta de corte son los dos factores más importantesde los cuales depende la rugosidad de la superficie obtenida en el fresado.Cada fresa puede cortar adecuadamente en un rango de velocidades de avancepor cada revolución de la herramienta, denominado avance por revolución (fz). Esterango depende fundamentalmente de número de dientes de la fresa, del tamañode cada diente y de la profundidad de corte, además del tipo de material de lapieza y de la calidad y el tipo de plaquita de corte.El avance por revolución (fn) es el producto del avance por diente por el número dedientes (z) de la herramienta (Ecuación 2.10). 79
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. ‫ܕܕ‬ ‫ܕܕ‬ ‫܍ܜܖ܍ܑ܌‬ ܎‫ ܖ‬ቀ ቁ = ܎‫ ܢ‬ቀ ቁ ∗ ‫ܢ‬൬ ൰ ሺ2.10ሻ ‫ܞ܍ܚ‬ ‫܍ܜܖ܍ܑ܌‬ ‫ܞ܍ܚ‬La velocidad de avance es el producto del avance por revolución por la velocidadde rotación de la herramienta (Ecuación 2.11). ‫ܕܕ‬ ‫ܕܕ‬ ‫܍ܜܖ܍ܑ܌‬ ‫ܞ܍ܚ‬ ܎ቀ ቁ = ܎‫ ܢ‬ቀ ቁ ∗ ‫ܢ‬൬ ൰ ∗ ‫ܖ‬ቀ ቁ ሺ2.11ሻ ‫ܖܑܕ‬ ‫܍ܜܖ܍ܑ܌‬ ‫ܞ܍ܚ‬ ‫ܖܑܕ‬Al igual que con la velocidad de rotación de la herramienta, en las fresadorasconvencionales la velocidad de avance se selecciona de una gama de velocidadesdisponibles en una caja de cambios, mientras que las fresadoras de controlnumérico pueden trabajar con cualquier velocidad de avance hasta la máximavelocidad de avance de la máquina.La velocidad de avance es decisiva para la formación de viruta, el consumo depotencia, la rugosidad superficial obtenida, las tensiones mecánicas, latemperatura en la zona de corte y la productividad. Una elevada velocidad deavance da lugar a un buen control de viruta y una mayor duración de laherramienta por unidad de superficie mecanizada, pero también da lugar a unaelevada rugosidad superficial y un mayor riesgo de deterioro de la herramienta porroturas o por temperaturas excesivas. En cambio, una velocidad de avance baja dalugar a la formación de virutas más largas que pueden formar bucles y unincremento del tiempo de mecanizado, lo cual hace que la duración de laherramienta por unidad de superficie sea menor y que la producción sea máscostosa.El tiempo de mecanizado puede calcularse a partir de la siguiente ecuación(Ecuación 2.12). ‫ܑ܋܉ܕܑܠܗܚܘ܉ ܍܌ .܏ܖܗۺ‬ó‫ ܖ‬ሺ‫ܕܕ‬ሻ + ‫ ܉ܢ܍ܑܘ .܏ܖܗۺ‬ሺ‫ܕܕ‬ሻ ‫܂‬ሺ‫ܖܑܕ‬ሻ = ‫ܕܕ‬ ሺ2.12ሻ ܎ቀ ቁ ‫ܖܑܕ‬La fuerza de corte depende de los ángulos y tipo de la herramienta, resistencia ala cortadura del material de la pieza, sección de viruta arrancada, avance,velocidad de corte,… La fórmula general de la fuerza de corte (Ecuación 2.13) es: ۴۱ = ۹ ۱ ∗ ‫܁‬ ሺ2.13ሻSiendo: - S es la sección de la viruta arrancada. - KC es la fuerza específica de corte. 80
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.La sección de la viruta (Ecuación 2.14) es: ‫ܕܕ‬ ‫܁‬ሺ‫ܕܕ‬૛ ሻ = ‫ܘ‬ሺ‫ܕܕ‬ሻ ∗ ܎‫ ܢ‬ቀ ቁ ሺ2.14ሻ ‫܍ܜܖ܍ܑ܌‬Donde: - p es la profundidad de corte en mm. - fz es el avance por diente.La fuerza específica KC (Ecuación 2.15) es: ۹ ۱ = ‫ ∗ ܋‬ો‫܀‬ ሺ2.15ሻDonde c está comprendida entre 3 < c < 5. Este valor lo podemos encontrar enfunción de la resistencia del material (Tabla 2.16) o en función de la sección deviruta (Tabla 2.17): Resistencia del material (kg/mm2) 50 60 70 75 80 90 100 KC 228 278 317 342 368 406 484 Relación c 4.5 4.6 4.5 4.5 4.6 4.5 4.8 Tabla 2.16 Valor c en función de la resistencia del material. Sección de viruta S = mm2 1 2 4 6 8 10 12 Relación c 4.8 4.5 4 3.7 3.5 3.5 3.3 Tabla 2.17 Valor c en función de la sección de la viruta.La potencia de corte (Pc) necesaria para efectuar un determinado mecanizadohabitualmente se expresa en CV y se calcula a partir del valor del volumen dearranque de viruta, la fuerza específica de corte y del rendimiento que tenga lafresadora. Esta fuerza específica de corte (kc) es una constante que se determinaen función del tipo de material que se está mecanizando, la geometría de laherramienta, el espesor de viruta, etc.Para poder obtener el valor de potencia correcto, el valor obtenido tiene quedividirse por un determinado valor adimensional que tiene en cuenta el rendimientode la máquina (ρ). Este valor es la relación entre la potencia de corte efectiva, es 81
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.decir, la potencia necesaria en la herramienta; respecto a la potencia consumida elmotor de accionamiento principal de la máquina.Por tanto la potencia de corte (Ecuación 2.16) vendrá definida por: ‫ܕܕ‬ ‫ܕ‬ ۹ ۱ ሺ‫ܕܕ/.܏ܓ‬૛ ሻ ∗ ‫ ܘ‬ሺ‫ܕܕ‬ሻ ∗ ܎‫ ܢ‬ቀ ቁ ∗ ‫ ۱܄‬ቀ ቁ ‫ ۱۾‬ሺ۱‫܄‬ሻ = ‫܍ܜܖ܍ܑ܌‬ ‫ܖܑܕ‬ ሺ2.16ሻ ૝૞૙૙ ∗ ƞDonde: - Pc es la potencia de corte (CV). - Ac es el diámetro de la pieza (mm). - fZ es la velocidad de avance (mm/diente). - Vc es la velocidad de corte (m/min). - ƞ es el rendimiento o la eficiencia de la máquina.2.4 Taladradora.Una taladradora es una máquina-herramienta utilizada para realizar mecanizadospor arranque de viruta mediante el movimiento de una herramienta rotativa. Lasherramientas utilizadas se definen como brocas, y la operación que se realiza conella se le denomina taladro.Es una maquina concebida especialmente para realizar agujeros que aunquepueden realizarse por otros procedimientos, con ninguno de ellos puedenobtenerse orificios con la precisión, limpieza y profundidad como por un taladrado.El movimiento de trabajo lo podemos descomponer en tres movimientos simples,estos son: • El movimiento de corte se obtiene por la rotación de la herramienta. • El movimiento de avance se obtiene por el desplazamiento axial de la herramienta. • El movimiento de profundidad de pasada no existe si utilizamos brocas cilíndricas, pero si se utiliza brocas cónicas puede considerarse pequeños avances. 82
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. Figura 2.29 Movimientos de una taladradora. A. Movimiento avance. B. Movimiento corte.2.4.1 Tipos de taladradoras.Las máquinas taladradoras se pueden reunir en seis grupos separados: • Taladradoras sensitivas. • Taladradoras de columnas. • Taladradoras radiales. • Taladradoras de torreta. • Taladradora de husillos múltiples.Las taladradoras sensitivas corresponden a este grupo las taladradoras deaccionamiento eléctrico o neumático más pequeñas. La mayoría de ellas sonportátiles y permiten realizar agujeros de pequeño diámetro y sobre materialesblandos. Básicamente tienen un motor en cuyo eje se acopla el portabrocas y sonpresionadas en su fase trabajo con la fuerza del operario que las maneja. Puedentener una sola o varias velocidades de giro. Hay pequeñas taladradoras sensitivasque van fijas en un soporte de columna con una bancada para fijar las piezas ataladrar.Las taladradoras de columna se caracterizan por la rotación de un husillo verticalen una posición fija y soportada por un bastidor de construcción, tipo C modificado.La familia de las máquinas taladradoras de columna se compone por los siguientestipos: - taladradoras de columna con avance regulado por engranajes. - taladradoras de producción de trabajo pesado. - taladradoras de precisión. - taladradoras para agujeros profundos.Las taladradoras radiales se identifican por el brazo radial que permite lacolocación de la cabeza a distintas distancias de la columna y además la rotación 83
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.de la cabeza alrededor de la columna. Con esta combinación de movimiento de lacabeza, se puede colocar y sujetar el husillo para taladrar en cualquier lugar dentrodel alcance de la maquina, al contrario de la operación de las maquinastaladradoras de columna, las cuales tienen una posición fija del husillo. Estaflexibilidad de colocación del husillo hace a los taladros radiales especialmenteapropiados para piezas grandes, y, por lo tanto, la capacidad de los taladrosradiales como clase es mayor que la de los taladros de columna. El peso de lacabeza es un factor importante para conseguir una precisión de alimentacióneficiente sin una tensión indebida del brazo.Los taladros radiales son considerados como las taladradoras más eficientes yversátiles. Estas máquinas proporcionan una gran capacidad y flexibilidad deaplicaciones a un costo relativamente bajo. Además, la preparación es rápida yeconómica debido a que, pudiéndose retirar hacia los lados tanto el brazo como lacabeza, por medio de una grúa, se pueden bajar directamente las piezas pesadassobre la base de la maquina. En algunos casos, cuando se trata usualmente depiezas grandes, los taladros radiales van montados realmente sobre rieles y sedesplazan al lado de las piezas para eliminar la necesidad de un manejo ycolocación repetidos. Los taladros radiales montados en esta forma son llamadosmaquinas del tipo sobre rieles.Las taladradoras de torreta estas máquinas se caracterizan por una torreta dehusillos múltiples. La taladradora de torreta permite poder realizar variasoperaciones de taladrado en determinada secuencia sin cambiar herramientas odesmontar la pieza.Lo habitual de las taladradoras de torreta actuales es que tienen una mesaposicionadora para una colocación precisa de la pieza. Esta mesa puede tomar laforma de una mesa localizadora accionada a mano, una mesa posicionadoraaccionada separadamente y controlada por medio de cinta, o con topes; o puedetomar la forma de una unidad completamente controlada por Control Numéricodonde también se programa y ejecuta el proceso de trabajo.Las taladradoras de husillos múltiples esta familia de taladradoras cubre todo elcampo desde el grupo sencillo de las máquinas de columna hasta las diseñadasespecialmente para propósitos específicos de gran producción.Las máquinas estándar de husillos múltiples: se componen de dos o máscolumnas, cabezas y husillos estándar, montados sobre una base común. Lostaladros de husillos múltiples facilitan la ejecución de una secuencia fija de lasoperaciones de taladrado por medio del desplazamiento de la pieza de estación enestación a lo largo de la mesa.Las aplicaciones más comunes de este tipo de máquinas son para eliminar elcambio de herramientas para una secuencia de operaciones. Aunque las máquinastaladradoras de husillos múltiples todavía se fabrican, están cediendo rápidamentesu popularidad a las máquinas taladradoras de torreta accionadas por controlnumérico que pueden llevar un almacén de herramientas bastante grande.Hay dos tipos básicos de taladradoras de husillos múltiples: 84
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. - Taladradoras de unión universal: son extremadamente versátiles y han alcanzado una posición muy importante en la manufactura de producción de tipo bajo a medio. Las máquinas taladradoras de unión universal se fabrican en una serie completa de tipos estándar con cierto número de husillos que se pueden ajustar dentro de un área determinada. Las máquinas taladradoras de unión universal se caracterizan por su gran número de husillos que se pueden colocar en cualquier posición dentro del área de la mesa para taladrar cualquier plantilla de agujeros preseleccionada. - Taladradoras de producción de husillo fijo: consiste en cierto número de husillos en una posición fija, recibiendo su fuerza motriz a través de una serie de engranajes accionados por un solo motor del tamaño apropiado. Toman la forma de una sencilla máquina individual, tanto vertical como horizontal, o accionada en ángulo, o bien pueden tomar la forma de cierto número de tales unidades colocadas juntas para hacer una máquina especial.2.4.2 Componentes principales. Mecanismo de la taladradora.En la anatomía de una taladradora industrial podemos diferenciar los siguientescomponentes principales. • Bancada: es el armazón que soporta la máquina, consta de una base o pie en la cual va fijada la columna sobre la cual va fijado el cabezal y la mesa de la máquina que es giratoria en torno a la columna. • Motor: estas máquinas llevan incorporado un motor eléctrico de potencia variable según las capacidades de la máquina. • Cabezal: es la parte de la máquina que aloja la caja de velocidades y el mecanismo de avance del husillo. El cabezal portabrocas se desliza hacia abajo actuando con unas palancas que activan un mecanismo de piñón cremallera desplazando toda la carrera que tenga la taladradora, el retroceso del cabezal es automático cuando cede la presión sobre el mismo. • Poleas de transmisión: el movimiento del motor al husillo, se realiza mediante correas que enlazan dos poleas escalonadas con las que es posible variar el número de revoluciones de acuerdo a las condiciones de corte del taladrado y el husillo portabrocas. Hay taladradoras que además de las poleas escalonadas incorporan una caja de engranajes para regular las velocidades del husillo y del avance de penetración. 85
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. • Regla de control de profundidad: las taladradoras disponen de un nonio con el fin de controlar la profundidad del taladrado. Este nonio tiene un tope que se regula cuando se consigue la profundidad deseada. • Husillo: está equipado con un agujero cónico para recibir el extremo cónico de las brocas, o del portabrocas que permite el montaje de brocas delgadas, o de otras herramientas de corte que se utilicen en la maquina, tales como machos o escariadores. • Mesa: está montada en la columna y se la puede levantar o bajar y sujetar en posición para soportar la pieza a la altura apropiada para permitir taladrar en la forma deseada.En la siguiente figura se representa la colocación de los anteriores componentesen una taladradora de columna. (Figura 2.30). Figura 2.30 Movimientos de una taladradora. 1. Bancada. 2. Motor. 3. Cabezal. 4. Poleas de transmisión. 5. Nonius. 6. Husillo. 7. Mesa. 86
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.Los accesorios principales que podemos ver en las taladradoras son: • Portabrocas: es el dispositivo que se utiliza para fijar la broca en la taladradora cuando las brocas tienen el mango cilíndrico. El portabrocas va fijado a la máquina con un mango de cono Morse según sea el tamaño del portabrocas. • Mordaza: es el sistemas de apriete utilizado para sujetar las piezas mientras se taladran. En la sujeción de las piezas hay que controlar bien la presión y la zona de apriete para que no se deterioren. • Pinzas de apriete cónicas: cuando se utilizan cabezales multihusillos o brocas de gran producción se utilizan en vez de portabrocas, cuyo apriete es débil, pinzas cónicas atornilladas que ocupan menos espacio y dan un apriete más rígido a la herramienta.El mecanismo de transmisión de movimiento en las taladradoras se puede dividiren dos categorías, en función del elemento de transmisión utilizado. • Transmisión por correas: en este tipo de transmisión, el motor hace girar una polea, la cual mediante una correa transmite dicho movimiento a la broca. Para obtener una gama de velocidades basta con el desplazamiento de la correa a otra polea, hasta encontrar la relación de transmisión deseada. (Figura 2.31 A). • Transmisión por caja de velocidades: en este tipo de transmisión, el motor hace girar a una serie de engranajes los cuales constituyen la caja de velocidades, a partir de los cuales podremos elegir la velocidad óptima. (Figura 2.31 B).Figura 2.31. Mecanismo de una taladradora. A. Transmisión por correas. B. Transmisión por caja de velocidades. 87
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.2.4.3 Herramientas y operaciones realizadas en las taladradoras.A las herramientas de las taladradoras se les llaman brocas. La broca es unabarrena cilíndrica de acero en la que se han producido dos ranuras helicoidalesque sirven para guiar las virutas arrancadas. La punta de la herramienta estaafilada en forma cónica obteniéndose dos filos o labios. El ángulo de la punta sueleser de 116º a 118º, pero puede variar según el tipo de material que se vaya ataladrar.Se distinguen dos tipos de brocas: • Brocas de lanza, que son planas con dos biseles y acabadas en punta. • Brocas en espiral, que son en general cilíndricas con uno bisel helicoidales y también terminado en punta.Entre algunas de las partes y generalidades comunes a la mayoría de las brocasestán: • Longitud total de la broca. Existen brocas normales, largas y súper-largas. • Longitud de corte. Es la profundidad máxima que se puede taladrar con una broca y viene definida por la longitud de la parte helicoidal. • Diámetro de corte. Es el diámetro del orificio obtenido con la broca. Existen diámetros normalizados y también se pueden fabricar brocas con diámetros especiales. • Diámetro y forma del mango. El mango es cilíndrico para diámetros inferiores a 13 mm, que es la capacidad de fijación de un portabrocas normal. Para diámetros superiores, el mango es cónico (tipo Morse). • Ángulo de corte. El ángulo de corte normal en una broca es el de 118° También se puede utilizar el de 135° quizá m enos conocido . , pero, quizás, más eficiente al emplear un ángulo obtuso más amplio para el corte de los materiales. • Número de labios o flautas. La cantidad más común de labios (también llamados flautas) es dos y después cuatro, aunque hay brocas de tres flautas o brocas de una (sola y derecha). • Profundidad de los labios. También importante pues afecta a la fortaleza de la broca. • Ángulo de la hélice. Es variable de unas brocas a otras dependiendo del material que se trate de taladrar. Tiene como objetivo facilitar la evacuación de la viruta. 88
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. • Material constitutivo de la broca. Existen tres tipos básicos de materiales: - Acero al carbono, para taladrar materiales muy blandos (madera, plástico, etc.) - Acero rápido (HSS), para taladrar aceros de poca dureza - Metal duro (Widia), para taladrar fundiciones y aceros en trabajos de gran rendimiento. • Acabado de la broca. Dependiendo del material y uso especifico de la broca, se le puede aplicar una capa de recubrimiento que puede ser de óxido negro, de titanio o de níquel, cubriendo total o parcialmente la broca, desde el punto de corte.Para las máquinas taladradoras de gran producción se utilizan brocas macizas demetal duro para agujeros pequeños y barras de mandrinar con plaquitascambiables para el mecanizado de agujeros grandes. Su selección se haceteniendo en cuenta el material de la pieza, el tipo de aplicación y las condicionesde mecanizado.Las operaciones que podemos realizar en una taladradora son: • Taladro: operación principal de los taladros, al realizar esta operación lo que conseguimos un orificio en la pieza a trabajar, estos pueden ser: - Agujeros pasantes - Agujeros ciegos. • Escariado: operación complementaria del taladro, que consiste en ampliar ligeramente o acabar un agujero ya taladrado. • Refrentado: esta operación consiste en aplanar la superficie que circunda el orificio o taladro para que asiente perfectamente las arandelas, cabezas de tornillos u otros elementos que tengan que apoyar contra es superficie. • Penetrado: su finalidad es hacer alojamientos en las piezas alrededor de un perno, vástago, etc. • Barrenado: consiste en agrandar un agujero previamente efectuado, mediante útiles de desbastar. • Recortado: se realiza utilizando una herramienta especial, compuesta de un brazo radial que lleva una cuchilla desplazable con objeto de poderla ajustar a la posición deseada. • Roscado: se realiza la operación haciendo en la pieza el agujero adecuado, después se sustituye la roca por el macho de roscar. 89
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.2.4.4 Características técnicas de las taladradoras.Las características técnicas de una taladradora es importante conocerlas, ya quecada máquina tendrá unas limitaciones y estas deberán satisfacer las necesidadesmínimas para realizar el trabajo requerido en una industria o taller. Normalmenteencontraremos las siguientes características en los catálogos (Tabla 2.18). Clases de taladradora.Características generales Naturaleza del cabezal. Tipo de columna. Capacidad de taladrado. (Diámetro máximo del Características de taladro). capacidad Distancia del husillo a la mesa. Potencia del motor. Gama de velocidades de giro del husillo porta-Características de trabajo brocas. Gama de velocidades de avance del husillo. Tabla 2.17 Características Técnicas de una taladradora.2.4.5 Operaciones de revisión en las taladradorasAl igual que las maquinas-herramientas anteriormente vistas las operaciones derevisión necesarias son las que engloban los siguientes parámetros: • Cimentación y nivelación. Las taladradoras deben estar sujetas en cimientos que amortigüen de la mejor forma posible las vibraciones, así como que esté correctamente nivelada para asegurar un buen funcionamiento a la mesa. • Alineación. Mediante el uso de comparadores hay que verificar que la mesa esté totalmente alineada procediendo a su reglaje si se observan desalineaciones. • Funcionamiento del husillo. Se hace necesario verificar periódicamente con un comparador el posible descentrado del eje en su movimiento rotatorio. • Comprobación de la precisión de los nonios graduados. Verificar si los desplazamientos reales coinciden con la graduación de los tambores. 90
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.2.4.6 Parámetros de corte en la taladradora.Los parámetros de corte fundamentales que hay que considerar en el proceso detaladrado son los siguientes: • Elección del tipo de broca más adecuado. • Sistema de fijación de la pieza. • Velocidad de corte (Vc) de la broca expresada de metros/minuto. • Diámetro exterior de la broca u otra herramienta. • Revoluciones por minuto (rpm) del husillo portabrocas. • Avance en mm/rev., de la broca. • Avance en mm/mi de la broca. • Profundidad del agujero. • Esfuerzos de corte. • Tipo de taladradora y accesorios adecuados.La velocidad de corte se define como velocidad de corte la velocidad lineal de laperiferia de la broca u otra herramienta que se utilice en la taladradora (Escariador,macho de roscar, etc.). La velocidad de corte, que se expresa en metros porminuto (m/min), tiene que ser elegida antes de iniciar el mecanizado y su valoradecuado depende de muchos factores, especialmente de la calidad y tipo debroca que se utilice, de la dureza y la maquinabilidad que tenga el material que semecanice y de la velocidad de avance empleada. Las limitaciones principales de lamáquina son su gama de velocidades, la potencia de los motores y de la rigidez dela fijación de la pieza y de la herramienta.A partir de la determinación de la velocidad de corte se puede determinar lasrevoluciones por minuto que tendrá el husillo según la siguiente fórmula (Ecuación2.17): m n ൫min-1 ൯* π* DC ሺmmሻ VC ቀ ቁ= mm ሺ2.17ሻ min 1000 ቀ ቁ mDonde: VC es la velocidad de corte. n es la velocidad de rotación de la herramienta. DC es el diámetro de la pieza.La velocidad de corte es el factor principal que determina la duración de laherramienta. Una alta velocidad de corte permite realizar el mecanizado en menos 91
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.tiempo pero acelera el desgaste de la herramienta. En ocasiones, es deseableajustar la velocidad de corte para una duración diferente de la herramienta, para locual, los valores de la velocidad de corte se multiplican por un factor de corrección.La relación entre este factor de corrección y la duración de la herramienta enoperación de corte no es lineal.Una velocidad de corte excesiva puede dar lugar a un desgaste muy rápido del filode corte de la herramienta, a la deformación plástica del filo de corte con pérdidade tolerancia del mecanizado y, en general, a una calidad del mecanizadodeficiente. Por otra parte, una velocidad de corte demasiado baja puede dar lugar ala formación de filo de aportación en la herramienta, a dificultades en la evacuaciónde viruta y al aumento del tiempo de mecanizado, lo cual se traduce en una bajaproductividad y un coste elevado del mecanizado.La velocidad de rotación del husillo portaherramientas se expresa habitualmenteen revoluciones por minuto (rpm). Hay una gama limitada de velocidades, quedependen de la velocidad de giro del motor principal y del número de velocidadesde la caja de cambios de la máquina.La velocidad de rotación de la herramienta es directamente proporcional a lavelocidad de corte y al diámetro de la herramienta (Ecuación 2.18). m mm VC ቀ ቁ * 1000 ቀ m ቁ n ൫min ൯ = min ሺ2.18ሻ -1 π* DC ሺmmሻLa velocidad de avance en el taladrado es la velocidad relativa entre la pieza y laherramienta, es decir, la velocidad con la que progresa el corte. El avance de laherramienta de corte es un factor muy importante en el proceso de taladrado.Cada broca puede cortar adecuadamente en un rango de velocidades de avancepor cada revolución de la herramienta, denominado avance por revolución (frev).Este rango depende fundamentalmente diámetro de la broca, de la profundidad delagujero, además del tipo de material de la pieza y de la calidad de la broca. Esterango de velocidades se determina experimentalmente y se encuentra en loscatálogos de los fabricantes de brocas. Además esta velocidad está limitada porlas rigideces de las sujeciones de la pieza y de la herramienta y por la potencia delmotor de avance de la máquina. El grosor máximo de viruta en mm es el indicadorde limitación más importante para una broca. El filo de corte de las herramientas seprueba para que tenga un valor determinado entre un mínimo y un máximo degrosor de la viruta.La velocidad de avance es el producto del avance por revolución por la velocidadde rotación de la herramienta (Ecuación 2.19). ‫ܕܕ‬ ‫ܕܕ‬ ‫ܞ܍ܚ‬ ܎ቀ ቁ = ܎ቀ ቁ ∗ ‫ܖ‬ቀ ቁ ሺ2.19ሻ ‫ܖܑܕ‬ ‫ܞ܍ܚ‬ ‫ܖܑܕ‬ 92
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.Al igual que con la velocidad de rotación de la herramienta, en las taladradorasconvencionales la velocidad de avance se selecciona de una gama de velocidadesdisponibles, mientras que las taladradoras de control numérico pueden trabajar concualquier velocidad de avance hasta la máxima velocidad de avance de lamáquina. • Efectos de la velocidad de avance: - Decisiva para la formación de viruta - Afecta al consumo de potencia - Contribuye a la tensión mecánica y térmica • La elevada velocidad de avance da lugar a: - Buen control de viruta - Menor tiempo de corte - Menor desgaste de la herramienta - Riesgo más alto de rotura de la herramienta - Elevada rugosidad superficial del mecanizado. • La velocidad de avance baja da lugar a: - Viruta más larga - Mejora de la calidad del mecanizado - Desgaste acelerado de la herramienta - Mayor duración del tiempo de mecanizado - Mayor coste del mecanizadoEl tiempo de mecanizado puede calcularse a partir de la siguiente ecuación(Ecuación 2.20). ‫ܑ܋܉ܕܑܠܗܚܘ܉ ܍܌ .܏ܖܗۺ‬ó‫ ܖ‬ሺ‫ܕܕ‬ሻ + ‫ ܉ܢ܍ܑܘ .܏ܖܗۺ‬ሺ‫ܕܕ‬ሻ ‫܂‬ሺ‫ܖܑܕ‬ሻ = ‫ܕܕ‬ ሺ2.20ሻ ܎ቀ ቁ ‫ܖܑܕ‬La fuerza de corte depende de los ángulos y tipo de la herramienta, resistencia ala cortadura del material de la pieza, sección de viruta arrancada, avance,velocidad de corte,… La fórmula general de la fuerza de corte (Ecuación 2.21) es: ۴۱ = ۹ ۱ ∗ ‫܁‬ ሺ2.21ሻSiendo: - S es la sección de la viruta arrancada. - KC es la fuerza específica de corte. 93
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.La sección de la viruta (Ecuación 2.22) es: ܎ ۲ ‫۲∗܉‬ ‫܁‬ሺ‫ܕܕ‬૛ ሻ = ∗ ሺ‫ܕܕ‬ሻ = ሺ2.22ሻ ૛ ૛ ૝Donde: - D es el diámetro de la broca en mm. - f es el avance.La fuerza específica KC (Ecuación 2.23) es: ۹ ۱ = ‫ ∗ ܋‬ો‫܀‬ ሺ2.23ሻDonde c está comprendida entre 3 < c < 5. Este valor lo podemos encontrar enfunción de la resistencia del material (Tabla 2.19) o en función de la sección deviruta (Tabla 2.20): Resistencia del material (kg/mm 2) 50 60 70 75 80 90 100 KC 228 278 317 342 368 406 484 Relación c 4.5 4.6 4.5 4.5 4.6 4.5 4.8 Tabla 2.19 Valor c en función de la resistencia del material. Sección de viruta S = mm 2 1 2 4 6 8 10 12 Relación c 4.8 4.5 4 3.7 3.5 3.5 3.3 Tabla 2.20 Valor c en función de la sección de la viruta.La potencia de corte (Pc) necesaria para efectuar un determinado mecanizadohabitualmente se expresa CV y se calcula a partir del valor del volumen dearranque de viruta, la fuerza específica de corte y del rendimiento que tenga lataladradora. Esta fuerza específica de corte (kc) es una constante que se determinaen función del tipo de material que se está mecanizando, la geometría de laherramienta, el espesor de viruta, etc.Para poder obtener el valor de potencia correcto, el valor obtenido tiene quedividirse por un determinado valor adimensional que tiene en cuenta el rendimientode la máquina (ρ). Este valor es la relación entre la potencia de corte efectiva, es 94
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.decir, la potencia necesaria en la herramienta; respecto a la potencia consumida elmotor de accionamiento principal de la máquina.Por tanto la potencia de corte (Ecuación 2.24) vendrá definida por: ‫.܏ܓ‬ ‫ܕ‬ ۴۱ ൬ ૛ ൰ ∗ ‫ ۱܄‬ቀ‫ܖܑܕ‬ቁ ‫ܕܕ‬ ‫ ۱۾‬ሺ۱‫܄‬ሻ = ሺ2.24ሻ ૝૞૙૙ ∗ ƞDonde: - Pc es la potencia de corte (CV). - Fc es la fuerza de corte. - Vc es la velocidad de corte. - ƞ es el rendimiento o la eficiencia de la máquina.2.5 Mandrinadora.Se denomina mandrinadora a una máquina herramienta que se utiliza básicamentepara el mecanizado de agujeros de piezas cúbicas cuando es necesario que estosagujeros tengan una tolerancia muy estrecha y una calidad de mecanizado buena.La necesidad de tener que conseguir estas tolerancias tan estrechas hace que lamandrinadora exija una gran pericia y experiencia a los operarios que la manejan.Las mandrinadoras son máquinas que están quedando obsoletas y están siendosustituidas por modernos Centros de Mecanizado donde es posible mecanizar caside forma completa una pieza cúbica que lleve distintos tipos de mecanizado y seamecanizada por varias caras, gracias al almacén de herramientas que llevanincorporados y al programa de ordenador que permite conseguir todos losmecanizados requeridos.La mandrinadora es una máquina cuya herramienta animada de un movimiento derotación con avance o sin él y generalmente en posición horizontal. Su finalidad esaumentar el diámetro de orificios de las piezas a mecanizar que permanecen fijas oavanzan hacia la herramienta.Los movimientos de trabajo son (Figura 2.32): • Movimiento de corte viene dado por rotación de la herramienta. • Movimiento de avance se obtiene por el desplazamiento axial de la herramienta o por desplazamiento longitudinal de la pieza. • Movimiento de profundidad de pasada se obtiene a partir del desplazamiento radial de la herramienta. 95
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. Figura 2.32 Movimiento de trabajo en la mandrinadora.2.5.1 Componentes y accesorios principales.La anatomía estructural de una mandrinadora básicamente está compuesta poruna bancada donde hay una mesa giratoria para fijar las piezas que se van amecanizar, y una columna vertical por la que se desplaza el cabezal motorizadoque hace girar al husillo portaherramientas donde se sujetan las barras demandrinar. Figura 2.33 Partes de una mandrinadora. A. Bancada. B. Mesa de trabajo. C. Motor. D. Torreta vertical. E. Eje de mandrinado.La única peculiaridad de este tipo de maquinas es su mesa, ya que esta pudeinclinarse o girarse para facilitar algún tipo de operaciones. 96
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.2.5.2 Herramientas y operaciones realizadas en una mandrinadora.La herramienta de mandrinar tiene unas connotaciones especiales, de una partetiene que ser lo más robusta posible, para evitar vibraciones y de otra tiene quetener un mecanismo de ajuste muy preciso para poder conseguir la toleranciaprecisa del agujero, donde a veces es necesario conseguir tolerancias IT7 eincluso IT6.Factores de selección para operaciones de mandrinar: • Diseño y limitaciones de la pieza. Tamaño, tolerancias, tendencia a vibraciones, sistemas de sujeción, acabado superficial. Etc. • Operaciones de mandrinado a realizar: Exteriores o interiores, ranurados, desbaste, acabados, etc. • Estabilidad y condiciones de mecanizado: Cortes intermitente, voladizo de la pieza, forma y estado de la pieza, estado, potencia y accionamiento de la máquina, etc. • Disponibilidad y selección del tipo de máquina: Posibilidad de automatizar el mecanizado, poder realizar varias operaciones de forma simultánea, serie de piezas a mecanizar, calidad y cantidad del refrigerante, etc. • Material de la pieza: Dureza, estado, resistencia, maquinabilidad, barra, fundición, forja, mecanizado en seco o con refrigerante, etc. • Disponibilidad de herramientas: Calidad de las herramientas, sistema de sujeción de la herramienta, acceso al distribuidor de herramientas, servicio técnico de herramientas, asesoramiento técnico. • Aspectos económicos del mecanizado: Optimización del mecanizado, duración de la herramienta, precio de la herramienta, precio del tiempo de mecanizadoCasi todas las operaciones de mandrinado se realizan en agujeros pasantes, y lamayoría requieren una pasada de desbaste y otra de acabadoLa limitación de las condiciones de corte en el mandrinado, vienen impuestamuchas veces, por la rigidez y voladizo que pueda tener la herramienta, porque sino son los adecuados, pueden producir vibraciones.Las condiciones de corte en el mandrinado, también las impone la calidad delmecanizado que se tenga que obtener y la precisión del agujero.Algunos de los aspectos especiales a tener en cuenta a la hora de mandrinar son: 97
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. - Se debe seleccionar el mayor diámetro de la barra posible y asegurarse una buena evacuación de la viruta. Seleccionar el menor voladizo posible de la barra. Seleccionar herramientas de la mayor tenacidad posible - Cuando se madrinan piezas cúbicas, éstas se fija en la mesa de trabajo de la máquina, y lo que gira es la herramienta de mandrinar que va sujeta en el husillo de la máquina, y donde se le imprime la velocidad adecuada de acuerdo con las características del material, y el material constituyente de la herramienta y el avance axial adecuado.Las mandrinadoras se emplean principalmente para mandrinar agujeros deimportancia sobre todo en piezas de formas irregulares como cilindros demáquinas de vapor, soportes de bielas, y en general, piezas que debenpermanecer fijas.Las operaciones que pueden realizarse son las siguientes: • Mandrinado: Se realiza con herramientas en voladizo cuando son mandrinados cortos. Si se trata de mandrinados largos, se utiliza la barra de mandrinar. El mandrinado puede ser: - Mandrinado de un solo filo. - Mandrinado multifilo. - Mandrinado escalonado. • Taladrado: Aunque no es un trabajo propio de la mandrinadora, se realizan con frecuencia taladros utilizando brocas con mangos cónicos. • Escariado: Se repasan los orificios con escariadores fijos o regulables. • Refrentado: Se realiza esta operación utilizando el plato con el portaherramientas desplazable radialmente. • Roscado: En algunos tipos de mandrinadoras pueden darse avances al husillo, igual a los pasos normalizados de las roscas, y por tanto. • Fresado: Es una operación frecuente en las mandrinadoras y se realiza con fresas montadas sobre el eje cuando son de pequeños diámetros o sobre el plato cuando se trata de fresas grandes. Utilizando un portaherramientas orientable especial puede fresarse en cualquier ángulo. • Torneado: Si la mandrinadora va equipada con mesa circular dotada de rotación independiente pueden realizarse torneados. 98
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA ARA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATE MATERIAL. Figura 2.34 Tipos de mandrinado. A. Mandrinado de un solo filo. B. Mandrinado multi multifilo. C. Mandrinado escalonado. C. Escariado.2.5.3 Características técnicas de la mandrinadora as mandrinadora.Las características técnicas de una mandrinadora es importante conocerlas, ya deque cada máquina tendrá unas limitaciones y estas deberán satisfacer lasnecesidades mínimas para realizar el trabajo requerido en una industria o taller.Normalmente encontraremos las siguientes características en los catálogos ( características (Tabla2.21). Altura.Características generales Dimensiones del plano horizontal. . Peso de la máquina. Superficie de sujeción de la mesa. Ranuras en T: - Dimensión - Cantidad - Espacio Características de Peso máximo de la pieza. capacidad Diámetro del husillo de trabajo. Cono de sujeción en el husillo. Desplazamiento del husillo de trabajo trabajo. Revoluciones del husillo de trabajo trabajo. Avances de trabajo en las coordenadas. Translación rápida en las coordenadas.Características de trabajo Translación rápida del giro de la mesa. Potencia absorbida total de la máquina máquina. Tabla 2.21 Características Técnicas de una mandrinadora. dora. 99
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.2.5.4 Operaciones de revisión en la mandrinadora.Al igual que las maquinas-herramientas anteriormente vistas las operaciones derevisión necesarias son las que engloban los siguientes parámetros: • Cimentación y nivelación. Las taladradoras deben estar sujetas en cimientos que amortigüen de la mejor forma posible las vibraciones, así como que esté correctamente nivelada para asegurar un buen funcionamiento a la mesa. • Alineación. Mediante el uso de comparadores hay que verificar que la mesa esté totalmente alineada procediendo a su reglaje si se observan desalineaciones. • Funcionamiento del husillo. Se hace necesario verificar periódicamente con un comparador el posible descentrado del eje en su movimiento rotatorio.2.5.5 Parámetros de corte en la mandrinadora.En el mandrinado hay seis parámetros clave: • Velocidad de corte. Se define como la velocidad lineal en la periferia de la herramienta que está mecanizando. Su elección viene determinada por el material de la herramienta, el tipo de material de la pieza y las características de la máquina. Una velocidad alta de corte permite realizar el mecanizado en menos tiempo pero acelera el desgaste de la herramienta. La velocidad de corte se expresa en metros/minuto • Velocidad de rotación de la herramienta, normalmente expresada en revoluciones por minuto. Se calcula a partir de la velocidad de corte y del diámetro mayor de la pasada que se está mecanizando. • Avance, definido como la velocidad de penetración de la herramienta en el material. Se puede expresar de dos maneras: bien como milímetros de penetración por revolución de la pieza, o bien como milímetros de penetración por minuto de trabajo. • Profundidad de pasada: Es la distancia radial que abarca una herramienta en su fase de trabajo. Depende de las características de la pieza y de la potencia de la máquina. • Potencia de la máquina: Está expresada en kW, y es la que limita las condiciones generales del mecanizado, cuando no está limitado por otros factores. • Tiempo de mandrinado. Es el tiempo que tarda la herramienta en efectuar una pasada. 100
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.La velocidad de corte se define como velocidad de corte la velocidad lineal de laperiferia de la herramienta. La velocidad de corte, que se expresa en metros porminuto (m/min), tiene que ser elegida antes de iniciar el mecanizado y su valoradecuado depende de muchos factores, especialmente de la calidad y tipo deherramienta que se utilice, de la dureza y la maquinabilidad que tenga el materialque se mecanice y de la velocidad de avance empleada. Las limitacionesprincipales de la máquina son su gama de velocidades, la potencia de los motoresy de la rigidez de la fijación de la pieza y de la herramienta.A partir de la determinación de la velocidad de corte se puede determinar lasrevoluciones por minuto que tendrá el husillo según la siguiente fórmula (Ecuación2.25): n ൫min ൯* π* DC ሺmmሻ -1 m VC ቀ ቁ= mm ሺ2.25ሻ min 1000 ቀ ቁ mDonde: VC es la velocidad de corte. n es la velocidad de rotación de la herramienta. DC es el diámetro de la pieza.La velocidad de corte es el factor principal que determina la duración de laherramienta. Una alta velocidad de corte permite realizar el mecanizado en menostiempo pero acelera el desgaste de la herramienta. En ocasiones, es deseableajustar la velocidad de corte para una duración diferente de la herramienta, para locual, los valores de la velocidad de corte se multiplican por un factor de corrección.La relación entre este factor de corrección y la duración de la herramienta enoperación de corte no es lineal.Una velocidad de corte excesiva puede dar lugar a un desgaste muy rápido del filode corte de la herramienta, a la deformación plástica del filo de corte con pérdidade tolerancia del mecanizado y, en general, a una calidad del mecanizadodeficiente. Por otra parte, una velocidad de corte demasiado baja puede dar lugar ala formación de filo de aportación en la herramienta, a dificultades en la evacuaciónde viruta y al aumento del tiempo de mecanizado, lo cual se traduce en una bajaproductividad y un coste elevado del mecanizado.La velocidad de rotación del husillo portaherramientas se expresa habitualmenteen revoluciones por minuto (rpm). Hay una gama limitada de velocidades, quedependen de la velocidad de giro del motor principal y del número de velocidadesde la caja de cambios de la máquina. 101
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.La velocidad de rotación de la herramienta es directamente proporcional a lavelocidad de corte y al diámetro de la herramienta (Ecuación 2.26). m mm VC ቀ ቁ * 1000 ቀ m ቁ n ൫min-1 ൯ = min ሺ2.26ሻ π* DC ሺmmሻLa velocidad de avance en el mandrinado es la velocidad relativa entre la pieza yla herramienta, es decir, la velocidad con la que progresa el corte. El avance de laherramienta de corte es un factor muy importante en el proceso de mandrinado.Cada herramienta puede cortar adecuadamente en un rango de velocidades deavance por cada revolución de la herramienta, denominado avance por revolución(frev). Este rango depende fundamentalmente diámetro de la broca, de laprofundidad del agujero, además del tipo de material de la pieza y de la calidad dela broca. Este rango de velocidades se determina experimentalmente y seencuentra en los catálogos de los fabricantes. Además esta velocidad está limitadapor las rigideces de las sujeciones de la pieza y de la herramienta y por la potenciadel motor de avance de la máquina. El grosor máximo de viruta en mm es elindicador de limitación más importante. El filo de corte de las herramientas seprueba para que tenga un valor determinado entre un mínimo y un máximo degrosor de la viruta.La velocidad de avance es el producto del avance por revolución por la velocidadde rotación de la herramienta (Ecuación 2.27). ‫ܕܕ‬ ‫ܕܕ‬ ‫ܞ܍ܚ‬ ۴ቀ ቁ = ܎ቀ ቁ ∗ ‫ܖ‬ቀ ቁ ሺ2.27ሻ ‫ܖܑܕ‬ ‫ܞ܍ܚ‬ ‫ܖܑܕ‬Los efectos que podemos ver según las características de corte son las siguientes: • Efectos de la velocidad de avance: - Decisiva para la formación de viruta - Afecta al consumo de potencia - Contribuye a la tensión mecánica y térmica • La elevada velocidad de avance da lugar a: - Buen control de viruta - Menor tiempo de corte - Menor desgaste de la herramienta - Riesgo más alto de rotura de la herramienta - Elevada rugosidad superficial del mecanizado. • La velocidad de avance baja da lugar a: - Viruta más larga 102
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. - Mejora de la calidad del mecanizado - Desgaste acelerado de la herramienta - Mayor duración del tiempo de mecanizado - Mayor coste del mecanizadoEl tiempo de mecanizado puede calcularse a partir de la siguiente ecuación(Ecuación 2.28). ‫ܑ܋܉ܕܑܠܗܚܘ܉ ܍܌ .܏ܖܗۺ‬ó‫ ܖ‬ሺ‫ܕܕ‬ሻ + ‫ ܉ܢ܍ܑܘ .܏ܖܗۺ‬ሺ‫ܕܕ‬ሻ ‫܂‬ሺ‫ܖܑܕ‬ሻ = ‫ܕܕ‬ ሺ2.28ሻ ܎ቀ ቁ ‫ܖܑܕ‬La fuerza de corte depende de los ángulos y tipo de la herramienta, resistencia ala cortadura del material de la pieza, sección de viruta arrancada, avance,velocidad de corte,… La fórmula general de la fuerza de corte (Ecuación 2.29) es: ۴۱ = ۹ ۱ ∗ ‫܁‬ ሺ2.29ሻSiendo: - S es la sección de la viruta arrancada. - KC es la fuerza específica de corte.La potencia de corte dependiendo del tipo de operación realizada se definirá deuna cierta manera, para ello se puede utilizar las formulas definidas anteriormente,es decir para una operaciones similares a las que se realizan con lasmandrinadoras se utilizara la potencia de corte de la mandrinadora, de la mismaforma será para las operaciones de fresado, taladrado o torneado.2.6 Limadora.La limadora mecánica es una máquina herramienta para el mecanizado de piezaspor arranque de viruta, mediante el movimiento lineal alternativo de la herramientao movimiento de corte. La mesa que sujeta la pieza a mecanizar realiza unmovimiento de avance transversal, que puede ser intermitente para realizardeterminados trabajos, como la generación de una superficie plana o de ranurasequidistantes.La limadora mecánica permite el mecanizado de piezas pequeñas y medianas y,por su fácil manejo y bajo consumo energéticoLos movimientos de trabajo de la limadora son: 103
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. • Movimiento de corte: por desplazamiento longitudinal de la herramienta. • Movimiento de avance: por desplazamiento transversal de la pieza. • Movimiento de profundidad de pasada: por desplazamiento vertical de la herramienta. Figura 2.35 Movimientos de trabajo para una limadora2.6.1 Tipos de limadoras.Podemos distinguir dos tipos de limadoras principales a desarrollar: • Limadoras mecánicas: Son los tipos de limadoras más difundidos y utilizados, se compone de una bancada de fundición, en forma de caja, con una amplia base. En la parte superior van las guías por las que se desliza el carro o carnero, en cuya cabeza va el carrillo portaherramientas; dicho carrillo, además de ser inclinadle, puede subir o bajar mediante un tornillo sin fin, maniobrado por la manecilla posterior, para poder regular la profundidad de la pasada. El bloque portaherramientas puede oscilar alrededor de un eje para permitir que la herramienta, en su carrera de retroceso no fuerce entre las paredes del material en elaboración, evidentemente el carro, que realiza el movimiento intermitente, puede ser regulado en carrera y e velocidad. La mesa porta piezas puede subir o bajar maniobrando a mano un tornillo. En las limadoras mecánicas el funcionamiento se obtiene por un motor eléctrico de velocidad constante, montado encima o al lado de la bancada de la máquina. El movimiento es transmitido a los 104
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. engranajes por medio de untar de poleas acanaladas y correas trapezoidales. Los engranajes de la caja de cambios reciben los movimientos y los transmiten a los otros órganos como lo son el sistema de accionamiento por palanca oscilante y volante. Mediante al inclinación de la herramienta de corte se pueden obtener superficies planas con cierta inclinación según sea necesario. • Limadora hidráulica: Los sistemas de accionamiento hidráulico han tenido una excelente aplicación en la limadoras, porque con el aceite a presión se realizan las mejores condiciones de funcionamiento, ya sea en la suavidad de los movimientos como en la comodidad de la maniobra. Las limadoras hidráulicas tienen el carro que se mueve bajo el impulso de un embolo que se desliza por el interior de un cilindro solidario de la bancada de la maquina. Las ventajas obtenidas con los mecanismos hidráulicos aplicados a las limadoras es la velocidad constante lograda en las carreras de avance y retroceso respecto a los mecanismo por medio de transmisiones, la detención automática del carnero cuando este se encuentre con una resistencia excesiva al avanzar provocada por la falta de filo en el material o por que la herramienta de corte no es la apropiada para el material a mecanizar.2.6.2 Componentes principales. Mecanismo en una limadora.Los componentes principales en cualquier tipo de limadora son los siguientes: • La bancada, que es el elemento soporte de la máquina, aloja todos los mecanismos de accionamiento, suele ser de fundición y muy robusta. Está provista de guías horizontales sobre las que deslizan el carnero y dos guías verticales sobre las que puede desplazarse verticalmente la mesa. • Mesa, sobre las guías verticales de la parte frontal de la bancada se apoya un carro provisto de guías horizontales sobre las que se desplazan la mesa propiamente dicha, por tanto puede moverse verticalmente por desplazamiento vertical del carro. • Carnero, es la parte móvil de la máquina, desliza sobre guías horizontales situadas en la parte superior de la bancada y en cuya parte frontal hay una torreta provista de un portaherramientas en el que se fija la herramienta de corte.El resto de los componentes lo podemos ver en la siguiente imagen (Figura 2.36) 105
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.Figura 2.36. Partes de una limadora. 1-2. Bancada. 3. Carnero. 4. Porta-herramienta. 5. Herramienta. 6. Mesa.El mecanismo principal de la limadora es que aquel que produce el movimiento devaivén en el carnero, transformando un movimiento rotativo en otro rectilíneo. Estemovimiento puede conseguirse mediante los siguientes mecanismos: • Por una cremallera, hay dos posibles movimientos un movimiento lento en fase de trabajo y un movimiento rápido en fase de retroceso. Las ventajas es que la velocidad de corte es constante, los inconvenientes es que es imposible aplicarlo en velocidad de corte altas por deslizamiento de las correas en las inversiones de marcha. • Por una biela-manivela el inconveniente es que velocidad de avance es igual a la velocidad de retroceso. • Por palanca oscilante y plato-manivela, los elementos principales serian: - una palanca ranurada longitudinalmente que oscila alrededor de un eje situado en la parte baja de la bancada. - un plato manivela provisto de una maneta desplazable radialmente a voluntad que desliza en la ranura longitudinal de la palanca. Las ventajas de este sistema es que no se producen variaciones bruscas en el sentido de la marcha ya que el cambio se hace progresivamente y los esfuerzos de inercia queda disminuidos. 106
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA ARA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATE MATERIAL. • Accionamiento hidráulico, la ventaja de este método es que la hidráulico, velocidad de corte es constante, pueden regularse independientemente la velocidad de corte y la de retroceso, puede regularse la presión de la herramienta herramienta y se detiene automáticamente cuando ay una resistencia excesiva, mientras que los inconvenientes es que la velocidad de corte es menor y la viscosidad del aceite puede variar la temperatura. Figura 2.37 Movimiento del carnero mediante una palanca oscilante y un planto planto-manivela.2.6.3 Herramientas y operaciones realizadas en una limadora.Las herramientas para las limadoras, suelen ser de acero al carbono o acerorápido, debido a que la m quina no alcanza grandes velocidades, y en máquinaconsecuencia queda anulada la principal ventaja de los metales duros. adaLas herramientas se fijan mediante un estribo con un tornillo a la portaherramienta. Tendremos un batiente la cual se levanta con el retroceso del carneropara impedir que la herramienta choque bruscamente y se rompa. Ademáspodemos variar la inclinación de la herramienta girando la torreta.La herramienta consta de tres movimientos distintos ( (Figura 2.38 estos son: 8), • Movimiento de inclinación de la herramienta: podemos obtener un giro de la torreta, un giro de la porta herramienta y un giro del de soporte de la torreta. • Movimiento vertical: es el movimiento de profundidad de pasada • Movimiento de corte de herramienta: se obtiene por el desplazamiento rectilíneo y en vaivén del carnero sobre las guías. 107
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA ARA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATE MATERIAL. Figura 2.38 Movimiento de la herramienta en una limadora.Las operaciones más frecuentes son: • Planeado. • Labrado de superficies verticales o inclinadas. • Rasurado. • Perfilado.2.6.4 Características técnicas de las limadoras.Las características técnicas de una mandrinadora es importante conocerlas, ya esque cada máquina tendrá unas limitaciones y estas deberán satisfacer lasnecesidades mínimas para realizar el trabajo requerido en una industria o taller.Normalmente encontraremos las siguientes características en los catálogos (Tabla2.22). Altura. Dimensiones del plano horizontal. .Características generales Peso de la máquina. Potencia de la maquina. Superficie de sujeción de la mesa. perficie Características de Peso máximo de la pieza. capacidad Desplazamiento del carnero. Velocidad de avance de la herramienta.Características de trabajo rísticas Relación avance-retroceso. Distancia de la herramienta a la mesa. Tabla 2.22 Características Técnicas de una limadora. 2 108
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.2.6.5 Operaciones de revisión en la limadora.Al igual que las maquinas-herramientas anteriormente vistas las operaciones derevisión necesarias son las que engloban los siguientes parámetros: • Cimentación y nivelación. Las taladradoras deben estar sujetas en cimientos que amortigüen de la mejor forma posible las vibraciones, así como que esté correctamente nivelada para asegurar un buen funcionamiento a la mesa. • Alineación. Mediante el uso de comparadores hay que verificar que la mesa esté totalmente alineada procediendo a su reglaje si se observan desalineaciones. • Funcionamiento del mecanismo impulsor del carnero. Se hace necesario verificar periódicamente.2.6.6 Parámetros de corte en la limadora.Los parámetros de corte fundamentales que hay que considerar en el proceso delimado son los siguientes: • Elección del tipo de herramienta más adecuado. • Sistema de fijación de la pieza. • Velocidad de corte (Vc) expresada en metros/minuto. • Avance en mm/mi de la herramienta. • Profundidad de pasada. • Esfuerzos de corte.La velocidad de corte que se expresa en metros por minuto (m/min), tiene que serelegida antes de iniciar el mecanizado y su valor adecuado depende de muchosfactores, especialmente de la calidad y tipo de herramienta que se utilice, de laprofundidad de pasada, de la dureza y la maquinabilidad que tenga el material quese mecanice y de la velocidad de avance empleada. Las limitaciones principales dela máquina son su gama de velocidades, la potencia de los motores y de la rigidezde la fijación de la pieza y de la herramienta.El tiempo de limado se define como el tiempo que tarda la herramienta en efectuaruna pasada, y se determina según la siguiente ecuación (Ecuación 2.30): ‫ ܉܌܉ܛ܉ܘ ܍܌ ܌ܝܜܑ܏ܖܗۺ‬ሺ‫ܕܕ‬ሻ T (minutos) = ‫ܕܕ‬ ሺ2.30ሻ ܎ቀ ‫ܗܜܝܖܑܕ‬ቁ 109
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.La fuerza de corte está definida por la siguiente formula (Ecuación 2.31) es: ۴۱ = ۹ ۱ ∗ ‫܁‬ ሺ2.31ሻSiendo: - S es la sección de la viruta arrancada. - KC es la fuerza específica de corte.La sección de la viruta (Ecuación 2.32) es: ‫܉ ∗ܘ =܁‬ ሺ2.32ሻDonde: - p es la profundidad de corte en mm. - a es el avance en mm.La fuerza específica KC (Ecuación 2.33) es: ۹ ۱ = ‫ ∗ ܋‬ો‫܀‬ ሺ2.33ሻDonde c está comprendida entre 3 < c < 5. Este valor lo podemos encontrar enfunción de la resistencia del material (Tabla 2.23) o en función de la sección deviruta (Tabla 2.24): Resistencia del material (kg/mm2) 50 60 70 75 80 90 100 KC 228 278 317 342 368 406 484 Relación c 4.5 4.6 4.5 4.5 4.6 4.5 4.8 Tabla 2.23 Valor c en función de la resistencia del material. Sección de viruta S = mm2 1 2 4 6 8 10 12 Relación c 4.8 4.5 4 3.7 3.5 3.5 3.3 Tabla 2.24 Valor c en función de la sección de la viruta.La potencia de corte (Pc) necesaria para efectuar un determinado mecanizado secalcula a partir del valor del volumen de arranque de viruta, la fuerza específica decorte y del rendimiento que tenga la máquina.Por tanto la potencia de corte (Ecuación 2.34) vendrá definida por: 110
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. ‫ܕܕ‬ ‫ܕ‬ ۹ ۱ ሺ‫ܕܕ/.܏ܓ‬૛ ሻ ∗ ‫ ܘ‬ሺ‫ܕܕ‬ሻ ∗ ܎ ቀ ቁ ∗ ‫ ۱܄‬ቀ ቁ ‫ ۱۾‬ሺ۱‫܄‬ሻ = ‫ܖܑܕ‬ ‫ܖܑܕ‬ ሺ2.34ሻ ૝૞૙૙ ∗ ƞDonde: - Pc es la potencia de corte (CV). - Ac es el diámetro de la pieza (mm). - f es la velocidad de avance (mm/min). - Vc es la velocidad de corte (m/min). - ƞ es el rendimiento o la eficiencia de la máquina.2.7 Cepilladora.Es una máquina-herramienta que sustituye a la limadora en el caso de que laspiezas sean de grandes dimensiones, ya que ésta no tiene capacidad paramecanizarlas. Por tanto para mecanizar superficies planas de piezas de grandesdimensiones se utilizan las cepilladoras. En estas máquinas, al contrario que en laslimadoras, el movimiento de corte se le comunica a la pieza, mediante la mesaportapiezas, mientras que los movimientos de avance y profundidad de corte, se lecomunican a la herramienta.En efecto el carro de una limadora tiene tendencia a inclinarse a medida que llegaal final de la carrera útil. Este fenómeno es debido a que el carro mismo pierde eljuego entre las guías por el propio peso genera que la herramienta no recorra unatrayectoria rectilínea durante su carrera de trabajo. Esto no ocurre en lascepilladoras ya que, por cuanto la herramienta, va fijada a la torre de un travesañoy no tiene movimiento alternativo; es la pieza fijada en la mesa la cual realiza elmovimiento alternado por debajo de la herramienta de corte. Los movimientos detrabajo de la cepilladora se dividen en (Figura 2.39): • Movimiento de corte: desplazamiento longitudinal de la pieza. • Movimiento de avance: desplazamiento transversal de la herramienta. Movimiento por profundidad de pasada: desplazamiento vertical de la herramienta. 111
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA ARA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATE MATERIAL. Figura 2.3 Movimiento de trabajo en una cepilladora. 2.39En las cepilladoras el movimiento de corte se obtiene moviendo la pieza rassólidamente fijada sobre la mesa por debajo de la herramienta. Este movimientogeneralmente es más lento en la carrera de corte de retroceso, estando ambasvelocidades aproximadamente en relación de 1,5 a 4.El movimiento de la mesa sobre la que va situada la pieza puede verificarse porcuatro sistemas: • Por tornillo y cremallera. • Por engranaje y cre cremallera. • Por tornillo y tuerca. • Hidráulicamente.2.7.1 Tipos de cepilladoras.Se clasifican en relación al número de montantes de la maquina: • Cepilladora de 1 montante: son usadas para el pla planeado de superficies muy grande La diferencia de este tipo es que el grande. travesaño que se encuentra en voladizo debe ser más robusto para ravesaño soportar y evitar las vibraciones durante el arranque de la viruta. También este tipo de cepilladora puede tener 1 solo carro porta herramientas o varios según la versión de las maquina o nece necesidad. • Cepilladora de 2 montantes: son los más usados a la hora de elegir ya que ofrecen mucha solidez, se compone de una bancada de fundición, a los lados se levantan dos montantes, sobre la 112
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. bancada van las guías a trabajar, puede trasladarse con movimiento alternativo de avance y retroceso. Los 2 montantes también llevan guías laterales para el deslizamiento del travesaño que regula su altura mediante mediante la rotación simultánea de 2 husillos, a lo largo de dicho travesaño se encuentra el carrillo porta herramienta el cual realizara el movimiento lateral intermitente según los desplazamientos proporcionales obtenidos al final de cada carrera de retroceso de la mesa.El más empleado es el de dos montantes, dotados de uno o dos carrosportaherramientas con movimiento independiente. Hay también cepilladurasespeciales como son las cepilladoras copiadoras, las cepilladuras fresadoras y lascepilladuras de dos sentidos de corte.2.7.2 Componentes principales de las cepilladoras.Las cepilladoras normales están formadas por una bancada, una mesa o tablero,los montantes el travesaño o frontón, el puente o carro transversal y elportaherramientas. • Bancada: Es la parte más robusta de la máquina soporta todo el conjunto y debe absorber las vibraciones que se producen en los cambios de sentido de movimiento de la mesa, que se desliza sobre guías. La calidad de ejecución de estas guías es de lo que depende en gran parte la precisión de la máquina. (Figura 2.40 A). • Mesa: Es la parte de la máquina sobre la que se fijan las piezas que se han de trabajar. Va provista de agujeros o ranuras para enganchar los accesorios de fijación de la pieza que han de ir firmemente sujetas a la mesa. También deben ser robustas para resistir el peso de las piezas y los esfuerzos desiguales que producen los medios de fijación de las piezas. (Figura 2.40 B). • Montantes: Situados uno a cada lado de la bancada tienen por objeto sostener el puente que soporta el carro portaherramientas. También se fabrican cepilladuras de un solo montante, que debe ser mucho más robusto, ya que no sólo estará sometido a flexión sino también a torsión. (Figura 2.40 C). • Travesaño o frontón: Es la parte superior de la máquina, une los dos montantes y asegura su paralelismo. (Figura 2.40 D) • Puente o brazo: Parte móvil que une los dos montantes y sirve de guía para el carro porta herramienta. (Figura 2.40 E). 113
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA ARA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATE MATERIAL. Figura 2. Partes de una cepilladora. 2.402.7.3 Herramienta y operaciones principales.Las herramientas según las funciones a que son destinadas las herramientaspueden ser de diversas formas que las utilizadas por los tornos.Se señala que los tipos análogos son los que corresponden a las exigencias de lascepilladoras y las limadoras para realizar trabajos en plano, adoptando la formaacodada para el mango y así evitar que la herramienta tropiece y se rompa debidoal momento flector originado.A la herramienta se le puede dar movimiento en dos direcciones ( (Figura 2.41), unaen dirección transversal que se consigue por la traslación de carroportaherramientas sobre el puente y un movimiento vertical, que se puedeconseguir o bien desplazando verticalmente el puente o desplazando verticalmenteel carro portaherramientas. Figura 2.41 Movimiento de la herramienta en una cepilladora. 114
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.La operación principal es el planeado, pero también se labran superficiesverticales, ranuras, rebajes, etc. El planeado consiste en mecanizar superficiesplanas, el ranurado consiste en mecanizar ranuras, el rebajado consiste en bajar lacota de una franja longitudinal de la pieza.2.7.4 Características principales de las cepilladoras.Las características técnicas de una mandrinadora es importante conocerlas, yaque cada máquina tendrá unas limitaciones y estas deberán satisfacer lasnecesidades mínimas para realizar el trabajo requerido en una industria o taller.Normalmente encontraremos las siguientes características en los catálogos (Tabla2.25). Altura. Dimensiones del plano horizontal.Características generales Peso de la máquina. Potencia de la maquina. Gama de velocidades Superficie de sujeción de la mesa. Características de Distancias de trabajo. (longitudinal, transversal y capacidad vertical) Peso máximo de la pieza. Velocidad de avance.Características de trabajo Potencia absorbida total de la máquina. Tabla 2.25 Características Técnicas de una cepilladora.2.7.5 Operaciones de revisión en las cepilladoras.Al igual que las maquinas-herramientas anteriormente vistas las operaciones derevisión necesarias son las que engloban los siguientes parámetros: • Cimentación y nivelación. Las taladradoras deben estar sujetas en cimientos que amortigüen de la mejor forma posible las vibraciones, así como que esté correctamente nivelada para asegurar un buen funcionamiento a la mesa. • Alineación. Mediante el uso de comparadores hay que verificar que la mesa esté totalmente alineada procediendo a su reglaje si se observan desalineaciones. 115
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. • Funcionamiento del puente. Se hace necesario verificar periódicamente con un comparador el posible descentrado del eje.2.7.6 Parámetros de corte en la cepilladora.La velocidad de corte que se expresa en metros por minuto (m/min), tiene que serelegida antes de iniciar el mecanizado y su valor adecuado depende de muchosfactores, especialmente de la calidad y tipo de herramienta que se utilice, de laprofundidad de pasada, de la dureza y la maquinabilidad que tenga el material quese mecanice y de la velocidad de avance empleada.El tiempo de cepillado se define como el tiempo que tarda la herramienta enefectuar una pasada, y se determina según la siguiente ecuación (Ecuación 2.35): ‫ ܉܌܉ܛ܉ܘ ܍܌ ܌ܝܜܑ܏ܖܗۺ‬ሺ‫ܕܕ‬ሻ T (minutos) = ‫ܕܕ‬ ሺ2.35ሻ ܎ቀ ቁ ‫ܗܜܝܖܑܕ‬La fuerza de corte está definida por la siguiente formula (Ecuación 2.36) es: ۴۱ = ۹ ۱ ∗ ‫܁‬ ሺ2.36ሻSiendo: - S es la sección de la viruta arrancada. - KC es la fuerza específica de corte. -La sección de la viruta (Ecuación 2.37) es: ‫܉ ∗ܘ =܁‬ ሺ2.37ሻDonde: - p es la profundidad de corte en mm. - a es el avance en mm.La fuerza específica KC (Ecuación 2.38) es: ۹ ۱ = ‫ ∗ ܋‬ો‫܀‬ ሺ2.38ሻDonde c está comprendida entre 3 < c < 5. Este valor lo podemos encontrar enfunción de la resistencia del material (Tabla 2.26) o en función de la sección deviruta (Tabla 2.27): 116
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. Resistencia del material (kg/mm2) 50 60 70 75 80 90 100 KC 228 278 317 342 368 406 484 Relación c 4.5 4.6 4.5 4.5 4.6 4.5 4.8 Tabla 2.26 Valor c en función de la resistencia del material. Sección de viruta S = mm2 1 2 4 6 8 10 12 Relación c 4.8 4.5 4 3.7 3.5 3.5 3.3 Tabla 2.27 Valor c en función de la sección de la viruta.La potencia de corte (Pc) necesaria para efectuar un determinado mecanizado secalcula a partir del valor del volumen de arranque de viruta, la fuerza específica decorte y del rendimiento que tenga la máquina. Se expresa en kilovatios (CV).Por tanto la potencia de corte (Ecuación 2.39) vendrá definida por: ‫ܕܕ‬ ‫ܕ‬ ۹ ۱ ሺ‫ܕܕ/.܏ܓ‬૛ ሻ ∗ ‫ ܘ‬ሺ‫ܕܕ‬ሻ ∗ ܎ ቀ ቁ ∗ ‫ ۱܄‬ቀ ቁ ‫ ۱۾‬ሺ۱‫܄‬ሻ = ‫ܖܑܕ‬ ‫ܖܑܕ‬ ሺ2.39ሻ ૝૞૙૙ ∗ ƞDonde: - Pc es la potencia de corte (CV). - Ac es el diámetro de la pieza (mm). - f es la velocidad de avance (mm/min). - Vc es la velocidad de corte (m/min). - ƞ es el rendimiento o la eficiencia de la máquina.2.8 Brochadora.Máquina-herramienta, que está dotada de una herramienta característica en formade barra provista de múltiples dientes que se denomina brocha o aguja de brochar.Se utiliza para mecanizar superficies paralelas a su generatriz en una sola pasadade movimiento rectilíneo.Los movimientos de trabajo son: • Movimientos de corte: desplazamiento rectilíneo de la herramienta. 117
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA ARA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATE MATERIAL. • Movimiento de avance no existe. avance: • Movimiento de profundidad de pasada pasada: se produce automáticamente y progresivamente a medida que avanza la brocha y es constante para cada herramienta. Figura 2.42 Movimiento de trabajo en una brochadora. 422.8.1 Tipos de brochadoras.Se construyen dos clases de brochadoras que se diferencian en la posició en que posicióntrabaja la herramienta: • Brochadoras Horizontales La unidad de corte tiene impulsión Horizontales: mecánica o hidráulica. Pueden trabajar en superficies internas y externas, en piezas de trabajo grandes. Se utilizan para trabajo externo como ranuras y otras formas irregulares. La brochadora formas horizontal tiene mayor capacidad que la vertical, además puede recibir piezas de trabajo de mayor tamaño tamaño. • Brochadoras Verticales: Son del tipo de acción ascendente o descendente. La brocha vertical se parece al cepillo de cod codo vertical, con la diferencia de que puede utilizarse un gran número de brochas. - Las brochadoras verticales descendentes tienen un mecanismo que hace bajar la guía o piloto (extremo pequeño de la brocha) a un agujero en la pieza de trabajo. Después se conectan tiradores automáticos para las brochas que tiran de ctan ellas hacia abajo sobre la pieza de trabajo. - Las brochadoras verticales ascendentes tienen la pieza de trabajo colocada debajo de la mesa. La brocha se avanza contra la pieza desde abajo, se conecta con un mecanismo de tracción de brochas y la sube sobre la pieza de trabajo. • Brochadoras Verticales Para Superficies: Se utilizan para empujar la brocha hacia abajo contra la pieza de trabajo. La brocha está montada en una corredera vertical sujeta en la ccolumna. Esta máquina es para trabajo pesado. 118
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. • Brochadoras Continuas Para Superficies: Tienen mayor capacidad de producción. Las piezas de trabajo se cargan en un mecanismo de impulsión del tipo de cadena y se tira de ellas para pasar frente a las brochas con una cadena continua.2.8.2 Componentes principales.Básicamente destacan tres componentes, (Figura 2.43) son: • Bancada: que es el soporte general de la máquina y alberga todos los elementos de transmisión de la potencia del motor al brazo tractor o impulsor. • Mesa: sirve para apoyar la pieza que se ha de mecanizar, no es preciso ningún procedimiento de sujeción de la pieza pues la herramienta ejerce sobre ella un esfuerzo de tracción que la aprieta contra la mesa. • Brazo tractor o impulsor: según tire o empuje y es el órgano que transmite el movimiento rectilíneo. Figura 2.43 Componentes principales en una brochadora. A. Bancada. B. Mesa. C. Brazo tractor.2.8.3 Herramientas y operaciones principales.La herramienta es la pieza fundamental de la brochadora, hasta el punto de quepuede considerarse que la máquina no es más que un dispositivo paraproporcionar el sencillo movimiento rectilíneo a la brocha.Las herramientas de las brochas denominadas brochas o agujas de brochar, sonbarras provistas de múltiples hileras de dientes, siendo la sección de trabajo decada hilera un poco mayor que la hilera anterior, lo que produce un débil aumento 119
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.de pasada de hilera, en su avance, hasta llegar a la dimensión definitiva, con elpaso de los últimos dientes.Hay dos clases de brochas adecuadas a la clase de trabajo que han de realizar: • Brochas para mecanizar interiores: para mecanizar interiores se emplean dos tipos de brochas, las planas y las cónicas, también denominadas cilíndricas, de las que se construyen las siguientes modalidades: - Brochas planas para interiores: se emplean generalmente para mecanizar chaveteros. Con dentado perpendicular al eje de la brocha. Con dentado oblicuo al eje de la brocha. - Brochas cónicas para interiores: se emplean para mecanizar agujeros redondos, poligonales (cuadrados, hexagonales, etc.), y estriados. Frecuentemente las brochas cónicas, llevan secciones de diferente dentado, por ejemplo redondo para realizar agujeros y después estriado para mecanizar estrías. Estas son las denominadas brochas combinadas. Con dentado anular. Con dentado helicoidal. • Brochas para mecanizar exteriores: para mecanizar exteriores, menos extendidas que las interiores. Figura 2.44 A. Brocha de interior. B. Brocha de exterior.Las brochas para mecanizar interiores tuenen distinta forma según se construyanpara ser accionadas a tracción o a compresión. • Brochas a tracción: son generalmente de gran longitud en relación a su sección y constan de t partes. - La caña o mango es la extremidad delantera por la que se une al portaherramientas del brazo, para lo que debe tener su extremo de forma apropiada. Su sección, que es la mínima de toda la brocha, debe ser inferior a la del agujero previo, practicado en la pieza que se ha de brochar, pero debe ser suficiente para soportar el esfuerzo a que se ha de someter en el trabajo. 120
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. - La guía delantero, que es la sección de la brocha situada inmediatamente detrás de la caña, sirve para centrar en el agujero de la pieza al principio de la pasada. - El cuerpo dentado, es la parte activa y, por lo tanto, principal de la brocha. Está formado por hileras de dientes en 3 secciones, dos cónicas y una cilíndrica. Las secciones cónicas son la de desbaste, que es la primera, y la de acabado, de conicidad menor. La sección cilíndrica es la última y está formada por 4 ó 5 hileras de dientes de igual sección que no trabajan y constituyen la reserva de las hileras de calibrado. • Brochas de compresión: son más cortas que las brochas a tracción, para evitar que pandeen al ejercer sobre ellas la presión necesaria para el corte. Estas brochas se utilizan, casi exclusivamente, en máquinas verticales. Su forma es similar a las brochas de tracción y constan de tres partes. - Guía delantera para facilitar el centrado de la brocha en el agujero de la pieza. - El cuerpo dentado similar al de las brochas de tracción - La cabeza, de la misma sección que el cuerpo dentado y longitud igual o mayor. Esta cabeza va provista de un tetón para fijarla en el cabezal de la máquina. Figura 2.45 Brocha interior a tracción. A. Caña. B. Guía. C. Cuerpo dentado.Para la fijación de las características de las brochas es necesario determinar lossiguientes elementos del dentado: • Paso de los dientes. El paso de los dientes es la distancia entre los vértices de dos dientes consecutivos, medida perpendicularmente a las aristas de corte. Prácticamente no se utiliza nunca un paso inferior a 4,5 mm. Si se trata de mecanizar piezas muy corta, se aumenta la longitud a mecanizar apilando varias piezas. El paso se mantiene constante a lo largo de la brocha. Únicamente se varía cuando se desea obtener superficies muy pulidas. 121
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. • Longitud del cuerpo dentado. Define el número de dientes en contacto con la pieza, este número no debe ser superior a 6, ni inferior a 3. Cuando n es inferior a 3 se brochan varias piezas en paquete o se sustituye el dentado recto por uno oblicuo. • Incremento de la altura de los dientes. Las brochas actúan cortando cada hilera de dientes una delgada capa del material, puesto que los dientes van creciendo en altura. Se denomina incremento de la altura de los dientes a la diferencia entre el diámetro de los filos de una hilera de dientes y el diámetro de la hilera anterior. El incremente de la altura de los dientes depende del material a mecanizar y del material de la brocha. Cuanto más duro sea el material a mecanizar, más pequeño habrá de ser el incremento de los dientes. • Número de dientes. El número de dientes dependerá del espesor de material que debe arrancarse, es decir, la diferencia entre el diámetro inicial y final del agujero. • Perfil de los dientes. Están definidos por cuatro dimensiones principales: - La profundidad o altura. - El ángulo de ataque. - El ángulo de desprendimiento. - La longitud de la superficie de desprendimiento. - El radio de la base.El brochado se emplea principalmente para la realización de formas poligonalespartiendo generalmente de agujeros cilíndricos, pero también se emplea para laobtención de ranuras de chaveteros.2.8.4 Características de las brochadoras.Las características técnicas de una Brochadora es importante conocerlas, ya quecada máquina tendrá unas limitaciones y estas deberán satisfacer las necesidadesmínimas para realizar el trabajo requerido en una industria o taller. Normalmenteencontraremos las siguientes características en los catálogos (Tabla 2.28). Altura. Dimensiones del plano longitudinal.Características generales Peso de la máquina. Potencia de la máquina. 122
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. Características de Superficie de sujeción de la mesa. capacidad Peso máximo de la pieza. Velocidad de avance de la herramienta.Características de trabajo Relación avance-retroceso. Tabla 2.28 Características Técnicas de una brochadora.2.8.5 Parámetros de corte en las brochadoras.La velocidad de corte que se expresa en metros por minuto (m/min), tiene que serelegida antes de iniciar el mecanizado y su valor adecuado depende de muchosfactores, especialmente de la calidad y tipo de herramienta que se utilice, de laprofundidad de pasada, de la dureza y la maquinabilidad que tenga el material quese mecanice y de la velocidad de avance empleada.La fuerza de corte está definida por la siguiente formula (Ecuación 2.40) es: ۴۱ = ۹ ۱ ∗ ‫܁‬ ሺ2.40ሻSiendo: - S es la sección de la viruta arrancada. - KC es la fuerza específica de corte.La sección de la viruta (Ecuación 2.41) es: ‫ܖ∗܍∗܋ =܁‬ ሺ2.41ሻDonde: - c es el perímetro de la hilera de dientes en contacto con la pieza. - e es el incremento de la altura de los dientes. - n es el número de hileras de dientes en contacto con la pieza.La fuerza específica KC (Ecuación 2.42) es: ۹ ۱ = ‫ ∗ ܋‬ો‫܀‬ ሺ2.42ሻDonde c está comprendida entre 3 < c < 5. Este valor lo podemos encontrar enfunción de la resistencia del material (Tabla 2.29) o en función de la sección deviruta (Tabla 2.30): 123
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. Resistencia del material (kg/mm2) 50 60 70 75 80 90 100 KC 228 278 317 342 368 406 484 Relación c 4.5 4.6 4.5 4.5 4.6 4.5 4.8 Tabla 2.29 Valor c en función de la resistencia del material. Sección de viruta S = mm2 1 2 4 6 8 10 12 Relación c 4.8 4.5 4 3.7 3.5 3.5 3.3 Tabla 2.30 Valor c en función de la sección de la viruta.La potencia de corte (Pc) necesaria para efectuar un determinado mecanizado secalcula a partir del valor del volumen de arranque de viruta, la fuerza específica decorte y del rendimiento que tenga la máquina. Se expresa en kilovatios (kW).Por tanto la potencia de corte (Ecuación 2.43) vendrá definida por: ‫۱ ۹ ∗ ۱܄ ∗ ܖ ∗ ܍ ∗ ܋‬ ‫ ۱۾‬ሺ‫܅ܓ‬ሻ = ሺ2.43ሻ ૝૞૙૙ ∗ ƞDonde: - Pc es la potencia de corte (kW). - VC es la velocidad corte (mm/min). - ƞ es el rendimiento o la eficiencia de la máquina.2.9 Mecanizado por abrasivos.Se conoce con el nombre de abrasivos, determinados materiales naturales oartificiales de gran dureza.Los abrasivos se proyectan o frotan sobre la superficie de la pieza que se desealimpiar, y los diminutos cristales que lo forman arrancan parte del material cuandosus aristas agudas se presentan de forma favorable. Las partículas arrancadas notienen forma definida como las virutas de las máquinas herramientas, además sonde un tamaño más pequeño del orden de la milésima de milímetro.Sin embargo, los abrasivos no se emplean generalmente para arranquesimportantes de material, sino más bien para limpieza, acabado y pulido. 124
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.2.9.1 Clases de abrasivos.Se pueden clasificar dos tipos de abrasivos en función de la naturaleza de ellos,pueden ser: • Naturales, que son: - El cuarzo es anhídrido silícico y se utiliza en forma de arena o en forma de piedra arenosa o asperón. - El esmeril está formado de un 50-65% de alúmina que es el elemento cortante y el resto son impurezas de óxido de hierro, sílice y cromo, se emplea pulverizado para la fabricación de lijas. - El corindón está formado de un 70-75% de alúmina, es más duro que el esmeril y de mejor calidad. - El diamante es carbono puro cristalizado y se utiliza en la fabricación de muelas diamantadas. • Artificiales: - El corindón artificial o alumdum, se obtiene a partir de la bauxita por fusión a 400 ºC y se obtenemos este abrasivo que contiene del 75-85% de alúmina. - El corindón blanco de mayor dureza se obtiene por fusión se la alúmina pura. - El carborundum es el nombre comercial del carburo de silicio y se obtiene a 2200 ºC carbón de cock, arena silícea, cloruro sódico y serrín, es el abrasivo más duro que se conoce.2.9.2 Aplicaciones de los abrasivos.El campo de los materiales abrasivos está en pleno desarrollo debido a suscaracterísticas, algunas de las aplicaciones posibles pueden ser: • Chorros de arena: Son aparatos compuestos de un depósito para la arena cuyo fondo cónico está unido a un tubo por el que circula una corriente de aire a. Las arenas son generalmente silíceas pero también se emplean granos de corindón. Tiene una gran aplicación industrial para la limpieza y preparación se piezas. • Lijas: Son hojas de papel o tela sobre las que se han añadido abrasivos en grano. Las que están montada sobre papel se usan para materiales blandos y según el tamaño de grano, se numeran del 1 al 16, 1 la más basta y 16 la más fina. Las montadas sobre tela mejor denominadas tela esmeril, se emplean para el lijado de 125
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. metales con escala de tamaño de grano fino a basto en FF, F, 00, 0, 1, 1.5, 2, 2.5, 3. Las telas con abrasivos de carborundum se numeran con el número de malla por la que pasa el grano en 40, 60, 80, 100, 120. • Muelas: Son las herramientas de corte formadas por materiales abrasivos cuyos filos son los granos de éste y actúan generalmente al girar la muela a gran velocidad. Se utiliza para desbastar o rebajar piezas en trabajo de poca precisión, para afilar herramientas restableciendo sus filos y ángulos de corte, para rectificar o afinar piezas de elevado grado de precisión y para tronzar (cortar) materiales duros. Hay muelas naturales o de agua son piedras de arenisca o asperón cortadas en forma de disco, y las muelas artificiales que son las más utilizadas se fabrican de acuerdo a las necesidades específicas de su aplicación. Las propiedades de las muelas quedan definidas por cuatro características: - Clase de abrasivo. - Tamaño de grano. - Grado de dureza. - Clase de aglomerado y estructura.2.9.3 Máquinas para el mecanizado por abrasivos. • Esmeriladoras: Son máquinas muy sencillas, compuestas casi exclusivamente por las muelas y un motor que las acciona. Pueden ser fijas y portátiles. Las fijas se emplean para desbarbar o para dar formas rudimentarias para piezas sin presión y las portátiles se emplean exclusivamente para desbarbar. • Afiladoras: Son similares a las esmeriladoras, pero dotadas de una mesa montada sobre un pedestal y que desliza por unas guías verticales de éste. • Rectificadoras: Son máquinas de alta precisión empleadas para rectificar a las medidas exactas piezas mecanizadas con otras máquinas herramientas. Tienen como características especiales que las diferencian de otras máquinas herramientas: - Una gran desproporción entre el tamaño de la pieza que se mecaniza y la máquina debido a la necesidad de evitar totalmente las vibraciones que impedirían obtener la precisión que se exige. - Esfuerzos de corte son muy inferiores a otras máquinas y por eso sus órganos de movimiento se calculan para resistir las altas velocidades a que se somete y no a presiones de corte. 126
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. • Acabadoras: Permiten obtener una elevada precisión, superior a la obtenida con otras máquinas a las que tienen que superar en los acabados, con rugosidades inferiores a 1 micra. Comunican a la superficie un acabado espectacular. Hay dos tipos: - Acabadoras propiamente dichas, suprimen las rugosidades que puedan quedar en el rectificado. Son las lapeadoras y superacabadoras. - Máquinas abrillantadoras, solamente dan brillo como son las pulidoras. Las acabadoras utilizan los abrasivos montados en soportes rígidos, en cambio, las abrillantadoras emplean soportes flexibles. • Lapeadoras: se emplean para el acabado y redondeado de agujeros. La herramienta de eje vertical está formada por un conjunto de piedras en unos modelos o filas de esmeril y en otras van montadas en soportes portapiedras que en conjunto tiene forma cilíndrica. La característica diferencial de esta máquina es que la herramienta lapeadora no está conducida por la máquina sino que está unida por un eje cardánico y únicamente está accionado por ella. La operación se realiza combinando el movimiento de giro con un segundo movimiento de vaivén arriba y abajo, por lo que la trayectoria seguida por la herramienta es de zigzag trazando hélices de paso con un ángulo de 30º. La operación se realiza con una lubricación muy abundante. Los abrasivos empleados son el carborundum para el acero y el corindón para metales ligeros. El espesor del material a arrancar es muy reducido del orden de 10 a 40 micras.2.9.4 Operaciones principales realizadas por los abrasivos.Si realizamos una clasificación en función de la clase de trabajo que puedenrealizar las máquinas que trabajan con abrasivos podemos destacar cuatrocategorías, que son: desbaste, afilado, afinado, y acabado. En función de estasoperaciones podemos ver la siguiente clasificación (Tabla 2.31): Clase de trabajo Máquina Desbaste (sin precisión) Esmeriladoras Afilado (relativa precisión) Afiladoras de herramientas Afinado (alta precisión) Rectificadoras 127
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. Acabado Lapeadoras Superacabadoras Pulidoras Bruñidoras Tabla 2.31 Clasificación de las maquinas de mecanizado por abrasión en función del trabajo realizado. 128
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA ARA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATE MATERIAL.3 MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL SIN ARRANQUE MATERIAL: CONTACTO DIRECTO.3.1 Electroerosión.La electroerosión es un proceso de fabricación, también conocido como ,Mecanizado por Descarga Eléctric o EDM. EléctricaEl proceso de electroerosión consiste en la generación de un arco eléctrico entreuna pieza y un electrodo en un medio dieléctrico, para arrancar partículas de la ,pieza hasta conseguir reproducir en ella las formas del electrodo. Ambos, pieza yelectrodo, deben ser conductores para que pueda establecerse el arco eléctrico conductores,que provoque el arranque de material. Figura 3.1 Electro-erosión.3.1.1 Fundamento teórico teórico:El fundamento teórico se puede dividir en distintas etapas (Tabla 3.1 estas son Tabla 3.1),las siguientes: Descripción del proceso. El mecanizado por electroerosión se efectúa por tanto mediante el salto de chispas eléctricas entre dos electrodos sometidos a una determinada tensión eléctrica y sumergidos ambos en un líquido aislante (líquido dieléctrico). 129
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. Al estar ambos electrodos en un medio dieléctrico o aislante la tensión que se aplique a ambos ha de ser suficiente como para llegar a crear un campo eléctrico mayor que la rigidez dieléctrica del líquido. Bajo la acción de este campo eléctrico, iones libres positivos y electrones se encontrarán acelerados creando un canal de descarga que se vuelve conductor, y es precisamente en este punto donde salta la chispa. Ello provoca colisiones entre los iones (+) y los electrones (-). Se forma entonces un canal de plasma. Bajo el efecto de los choques se crean altas temperaturas en ambos polos y alrededor del canal de plasma se forma una bola de gas que empieza a crecer. Por otro lado las altas temperaturas que se han dado en los dos polos, van fundiendo y vaporizando parte del material de la pieza, mientras que el electrodo apenas si se desgasta muy ligeramente. En esta situación (bola de gas grande y material fundido en ambos polos), se corta la corriente eléctrica. El canal de plasma se derrumba y la chispa desaparece. El líquido dieléctrico entonces rompe la bola de gas haciéndola explosionar (explotar hacia adentro). Ello hace que se creen fuerzas que hacen salir el material fundido formando dos cráteres en las superficies. El material fundido se solidifica y es arrastrado en forma de bolas por el líquido dieléctrico, constituyendo lo que se puede llamar "viruta del proceso de electroerosión". Tabla 3.1 Fases de la electro-erosión. 130
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.3.1.2 Tipos de procesos en la electroerosión:Básicamente tiene dos variantes: • El proceso que utiliza el electrodo de forma, conocido como Ram EDM o Electro-erosión por penetración, donde el término ram podría traducirse del inglés como "carnero" y es ilustrativo del "choque" del electrodo contra la pieza o viceversa (pieza contra el electrodo). • La que utiliza el electrodo de hilo metálico o alambre fino, WEDM (donde las siglas describen en inglés Wire Electrical Discharge Machining) o Electroerosión por hilo3.2 Proceso de electroerosión por penetración o Ram EDMDurante el proceso de electroerosión la pieza y el electrodo se sitúan muypróximos, dejando un hueco que oscila entre 0,01 y 0,05 mm, por el que circula unlíquido dieléctrico (normalmente aceite de alta conductividad). Al aplicar unadiferencia de tensión continua y pulsante entre ambos, se crea un campo eléctricointenso que provoca el paulatino aumento de la temperatura, hasta que eldieléctrico se vaporiza.Al desaparecer el aislamiento del dieléctrico salta la chispa, incrementándose latemperatura hasta los 20.000 ºC, vaporizándose una pequeña cantidad de materialde la pieza y el electrodo formando una burbuja que hace de puente entre ambas.Al anularse el pulso de la fuente eléctrica, el puente se rompe separando laspartículas del metal en forma gaseosa de la superficie original. Estos residuos sesolidifican al contacto con el dieléctrico y son finalmente arrastrados por lacorriente junto con las partículas del electrodo.Dependiendo de la máquina y ajustes en el proceso, es posible que el ciclocompleto se repita miles de veces por segundo. También es posible cambiar lapolaridad entre el electrodo y la pieza.El resultado deseado del proceso es la erosión uniforme de la pieza, reproduciendolas formas del electrodo. En el proceso el electrodo se desgasta, por eso esnecesario desplazarlo hacia la pieza para mantener el hueco constante. En casoque el desgaste sea severo, el electrodo es reemplazado. Si se quiere un acabadopreciso (tolerancia de forma ±0.05 mm es preciso la utilización de 2 electrodos). 131
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.3.2.1 Electrodos en la electro-erosión por penetración.El electrodo es comúnmente hecho de grafito pues este, por tener una elevadatemperatura de vaporización, es más resistente al desgaste. Puede ser trabajadoen una fresadora específica con el fin de crear ya sea un electrodo macho o unelectrodo hembra, lo que significa que el electrodo tendrá la forma opuesta a laforma deseada y resultante en la pieza de trabajo. Figura 3.2 Ejemplo de electrodos en la electro-erosión por penetración.Los electrodos pueden ser manufacturados en forma que múltiples formaspertenezcan al mismo pedazo de grafito.También el cobre es un material predilecto para la fabricación de electrodosprecisos, por su característica conductividad, aunque por ser un metal suave sudesgaste es más rápido. El electrodo de cobre es ideal para la elaboración dehoyos o agujeros redondos y profundos. Comúnmente estos electrodos seencuentran de diámetros con tamaños milimétricos en incrementos de mediomilímetro y longitudes variadas. Este proceso en particular es muy utilizado paraantes del proceso de electroerosión con hilo, para producir el agujero inicial dondepase el hilo a través de un grosor de material que es inconveniente al taladroconvencional. Si deseamos un buen acabado en el objeto a erosionar , sea cualsea el material en que se construya el electrodo este debe ser repasado a manodespués ser mecanizado en la fresadora o torno debido a las marcas que lasherramientas de corte utilizadas en estas maquinas producen pequeñas marcas enlos electrodos.3.2.2 Máquinas de electroerosión por penetración.La maquinas utilizadas en este tipo de proceso de electro-erosión, siguen lasiguiente estructura (Figura 3.3): 132
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. Figura 3.3 Estructura de una máquina de electroerosión por penetración. A. Bancada. B. Mesa de trabajo. C. Porta-electrodos. D. Cabezal. E. Columna.Como se puede apreciar en la figura se puede trabajar con un total de 5 ejes, loscuales están repartidos entre la mesa de trabajo (dispone de movimiento dos ejesX e Y) y el cabezal (que dispone de movimiento en tres ejes W, V y U)3.2.3 Ventajas e inconvenientes del proceso de EDM:Las ventajas de este proceso son las siguientes: • Al no generar fuerzas de corte como en los procesos de mecanizado, el torneado y el taladrado, resulta aplicable para materiales frágiles. • Se pueden producir agujeros muy inclinados en superficies curvas sin problemas de deslizamiento. Así como de elevada relación de aspecto (cociente entre la longitud y el diámetro), es decir, con pequeño diámetro y gran profundidad imposibles con un taladro convencional. • Al ser un proceso esencialmente térmico, se puede trabajar cualquier material mientras sea conductor • Las tolerancias que se pueden obtener son muy ajustadas, desde ±0,025 hasta ±0,127 mm. 133
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. • Es un proceso de fabricación único para lograr complejas configuraciones que son imposibles de otra forma. • Ahorran en ocasiones la realización de un acabado rugoso en la pieza por medio de ataques de ácido, pasándose a denominar "Acabado de Electroerosión". No es un acabado quizás tan perfecto como el que se obtendría con el ataque de ácido pero por costes y plazos resulta satisfactorio en la mayoría de las ocasiones.Las inconvenientes de este proceso son las siguientes: • Tras el proceso suele quedar una capa superficial de metal fundido, frágil y de extremada dureza, que debe eliminarse en aquellas piezas que requieran resistencia a la fatiga. Tiene más resistencia a la fatiga una pieza acabada por arranque de viruta (fresadora, torno, planificadora...) que una pieza acabada por penetración eléctrica (electroerosión). • El grafito es un material frágil, por lo que la manipulación de los electrodos debe ser muy cuidadosa. • La rugosidad que deja en la superficie puede ser muy elevada en función del tipo de aplicación y la reducción de ésta utilizando intensidades menores requiere mucho tiempo y en ocasiones se pueden producir defectos indeseados como formación de carbonillas o manchas. • El acabado superficial rugoso no es perfecto resultando más rugoso sobre las caras planas que sobre las paredes verticales por efecto de las chispas esporádicas que se producen al evacuar los restos de material.3.2.4 Aplicaciones del proceso de electro-erosión por penetración:Su posibilidad de aplicación a la industria, es muy extensa, están presente encampos industriales como: automoción, fabricación de moldes, fabricación deherramientas, etc.A modo de ejemplo se puede citar el agujereado de las boquillas de los inyectoresen la industria automotriz, así como en la fabricación de moldes y matrices paraprocesos de moldeo o deformación plástica.3.3 Proceso de electro-erosión por hilo o WEDM:El mecanizado por electroerosión se realiza en un medio dieléctrico mediante elsalto de descargas eléctricas entre el electrodo y la pieza a mecanizar. El procesoes básicamente un proceso termoeléctrico en el que las chispas representan una 134
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.fuente térmica puntual. Esta fuente térmica funde el material de la piezaproduciéndose de esta forma la erosión.En la electroerosión por hilo, WEDM, un hilo conductor, normalmente de latón, seutiliza como electrodo. El hilo pasa por unas guías imponiéndole la dirección quedebe seguir. Las descargas se producen por la diferencia de potencial existenteentre el hilo y la pieza que obviamente debe ser de un material conductor de laelectricidad. El hilo circula continuamente, y entre el hilo y la pieza existe un canal,llamado de descarga, bañado por un fluido dieléctrico, que generalmente es agua. Figura 3.4 Descripción del proceso para la electroerosión por hilo.El dieléctrico (agua) es introducido entre el hilo y la pieza con el objetivo de ayudaral salto y calidad de las chispas, refrigerar el “gap” y eliminar el material arrancadodespués de las descargas eléctricas. El mantener una distancia correcta entre hiloy pieza es el punto más importante para tener un correcto mecanizado y conseguirprecisión. A continuación se va a explicar paso a paso como se produce la erosión.Primero se dispone de un material conductor en la mesa de trabajo. Se posicionael hilo cerca de la pieza. Se aplica una tensión de vacío al hilo, mientras entrafluido dieléctrico (agua) entre el hilo y la pieza. Esta tensión es la encargada deionizar el canal de descarga. Ionización, quiere decir, que en el agua que existeentre el hilo y la pieza se produce un ordenamiento de los iones del agua. 135
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. Figura 3.5 Descripción del proceso para la electroerosión por hilo.Llega un momento en que el agua deja de ser no conductora y por el canal creadose produce una chispa (corriente) produciéndose altas temperaturas que vaporizany funden parte del material a mecanizar y parte del hilo. Posteriormente a estadescarga se produce un tiempo de pausa destinado a la limpieza y refrigeracióndel “gap”.El agua es un elemento no conductor, pero posee gran cantidad de iones que lahacen conductora. Si el agua está completamente desionizada es un perfectoaislante y no se pueden producir chispas que atraviesen el “gap”. Si existenmuchos iones que hacen el agua conductora, la corriente atraviesa el “gap” conmucha facilidad y las chispas tienen poca fuerza y se reduce la eficiencia.Mantener el agua desionizada permite, que las chispas salten cuando la tensión devacío ha llegado a su máximo potencial, también es de notable ayuda para que nose produzcan oxidaciones prematuras en las piezas.3.3.1 Hilo en la electro-erosión por hilo.El hilo metálico puede ser fabricado de latón o de zinc. En prácticas de protecciónal medio ambiente, después del uso y descarte del hilo empleado y sus residuos, elmaterial del hilo, ya sea en forma de hilo o éste pulverizado, es acumuladoseparadamente con el fin de ser reciclado.Existen varios diámetros en el mercado, incluyendo 0.010” (0,25 mm) y 0.012”(0,30 mm). Generalmente el hilo se vende en rollos y por peso, más que por sulongitud.La tensión del hilo es importante para producir un corte efectivo, y por consiguienteuna mejor parte; la sobretensión del hilo resulta en que este se rompa cuando nosea deseado. Mas la ruptura del hilo es común durante el proceso, y también esnecesaria. 136
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.Inicialmente, la posición de una cabeza superior y una cabeza inferior por lascuales pasa el hilo están en un alineamiento vertical y concéntrico una a la otra; elhilo en uso se encuentra entre estos dos componentes mecánicos.3.3.2 Máquinas de electroerosión por hilo.A diferencia de las máquinas de electroerosión con electrodo de forma a las que lapolaridad aplicada puede ser invertida, la polaridad en el proceso de electroerosióncon hilo es constante, o sea que la "mesa" o marco donde las piezas son montadaspara ser trabajadas es tierra; esto significa que es de polaridad negativa. El hilo,por consiguiente, es el componente mecánico al que la carga positiva es dirigida. Figura 3.6 Máquina de electroerosión por hilo.La máquina de electroerosión por hilo dispone de 5 ejes con control numérico: X eY en la mesa dónde se fija la pieza y U, V y Z que se mueven desde la boquilla dearriba.Las boquillas entre las que va fijo el hilo tienen la misión de proporcionar un chorrode agua a presión que se llevará el material erosionado para la limpieza del canalde erosión.Se puede trabajar en aspersión: en la que el único dieléctrico es el agua del chorrode las boquillas o en inmersión en la que la pieza está sumergida en un baño deagua desionizada aunque no se recomienda en la mayoría de los casos 137
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. El agua con el material de erosión pasa al filtrado que se realiza por un filtro permanente de carbono activo que recoge todas las “virutas” de la erosión. De vez en cuando se limpia el filtro y las virutas se pasan a unos tanques en los que por decantación se van acumulando formando lodos. El hilo una vez realizada la electroerosión se lleva por un sistema de rodillos y guidado más o menos complejo hasta un troceador dónde se corta para su reciclado posterior (chatarra). La eficiencia, exactitud y complejidad con que la pieza ha de ser trabajada es afectada por la calidad, condición y funcionalidad de la máquina a ser utilizada. El tamaño del recipiente, contenedor del líquido, puede ser un factor determinante a cuantas piezas y tamaño de las piezas que pueden ser preparadas para el proceso.3.3.3 Ventajas e inconvenientes del proceso de EDW. Las ventajas de este proceso son las siguientes: - No precisa el mecanizado previo del electrodo. - Es un proceso de alta precisión. - Complejas formas pueden ser logradas. - Resultados constantes. - Dependiendo de la capacidad de la máquina, el trabajo con alambre puede incluir variaciones de ángulos controladas o geometría independiente (cuarto eje). - Se puede mecanizar materiales previamente templados y así evitar las deformaciones producidas en el caso de hacer este tratamiento térmico después de terminada la pieza. - Mecanizado fácil de orificios cuadrados - Fácil mecanización de materiales duros - Ausencia de esfuerzos de mecanizado - No hay desviación de medidas - Reducción de tiempos de fabricación. El inconveniente principal de este tipo de electro-erosión, sucede tras el proceso, que suele quedar una capa superficial de metal fundido, frágil y de extremada dureza, que debe eliminarse en aquellas piezas que requieran resistencia a la fatiga. 138
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.3.3.4 Métodos de corte en el proceso de electroerosión por hilo. Los métodos de corte se pueden dividir en dos tipos, estos son: • En el corte interno el hilo, sujeto por sus extremos comenzando por un agujero previamente taladrado y mediante un movimiento de vaivén, como el de una sierra, va socavando la pieza hasta obtener la geometría deseada. • En el corte externo el hilo puede empezar el movimiento desde el exterior del perímetro de la pieza hasta entablar el arco; continúa su movimiento hasta que consigue la periferia deseada. 3.3.5 Obtención de geométricas en el proceso de EDW. La electro-erosión es un método de mecanización, que una de sus características es la flexibilidad para obtener distintas formas geométricas en el proceso de fabricación de una pieza. Partiendo del siguiente esquema funcional: Figura 3.7 Obtención de geometrías. Donde los ejes coordenados X e Y constituyen un punto de cálculo (C1) y los ejes coordenados V y U constituyen otro punto de cálculo (C2). Por tanto, para reproducir una geometría, se deberá calcular la ecuación que permita seguir la trayectoria deseada, a partir de los dos puntos de cálculo C1 y C2. Las trayectorias fundamentales son: • Corte lineal: este corte, dependiendo de su orientación puede ser: horizontal, vertical o inclinado. Para ello basta con calcular la línea que pase por los puntos C1 y C2. • Corte cónico inferior: este corte, es semejante al corte lineal inclinado con la diferencia que la trayectoria seguida por el hilo, no será recta o curva, sino que uno de los puntos de cálculo será el punto de giro o eje de giro. En este caso, el punto C1 rotara sobre el eje de giro proporcionado por el punto C2. 139
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. • Corte cónico superior: este corte, es semejante al corte lineal inclinado con la diferencia que la trayectoria seguida por el hilo, no será recta o curva, sino que uno de los puntos de cálculo será el punto de giro o eje de giro. En este caso, el punto C2 rotara sobre el eje de giro proporcionado por el punto C1. Figura 3.8. Obtención de geometrías. A. Corte recto. B. Corte cónico inferior. C. Corte cónico superior.3.3.6 Aplicación del proceso de electroerosión por hilo.Las aplicaciones de este proceso son amplias, debido a su flexibilidad. Las másusuales son: • Moldes de plástico de precisión y alto volumen (mecheros, nebulizadores, móviles…). • Matrices de corte. • Hileras de extrusión. • Estampas de forja. • Herramientas. • Matrices de sinterización. • Aplicaciones especiales: - Aplicaciones de producción. - Aviación. - Nuclear. - Etc. 140
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.3.4 Conformado por ultrasonidos.El conformado por ultrasonidos se realiza arrancando partículas inframicroscópicasde material a mecanizar por la acción de un polvo abrasivo en suspensión liquida,agitado por la vibración ultrasonora de un punzón accionado por un equipoelectromecánico productor de vibraciones.La pieza que se trata de mecanizar M, está en contacto con un liquido L quecontiene partículas de abrasivos en suspensión A, que son impulsadas sobra lasuperficies de la pieza por un punzón P, animado de un movimiento de vibraciónde amplitud d. Los granos de abrasivo, al chocar contra las superficies de la pieza,arrancan partículas de esta y aunque son muy pequeñas, como el punzón vibracon frecuencia del orden de 30.000 ciclos por segundo, en muy poco tiempo seconsiguen apreciables arranques de material. Figura 3.9 Fundamento del corte por ultrasonidos.3.4.1 Clasificación de maquinas para el conformado por ultrasonidos.Se pueden diferenciar tres tipos de maquinaria para este tipo de conformado: • Maquinas de potencia débil, para perforar pequeños orificios de precisión. Estas maquinas tienen una potencia entre 50 y 100 W y vienen con un equipo oscilador montado sobre el propio cuerpo de la maquina y sin necesidad de agua de refrigeración para el cabezal. • Maquinas de potencia elevada, para las operaciones generales de mecanizado. Estas maquinas tienen una potencia entre 300 y 2.000 W. en este tipo de máquinas el elemento oscilador forma un cuerpo aparte. • Maquinas portátiles, que permiten realizar pequeños orificios sobre piezas de bastante tamaño, sin precisión entre las distancias respectivas. Estas maquinas tendrá una potencia entre 30 y 50 W. 141
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.3.4.2 Componentes principales del conformado por ultrasonidos.Una instalación de conformado por ultrasónico, comprende los siguienteselementos: • Un oscilador electrónico capaz de generar frecuencias de 20.000 a 30.000 ciclos por segundo. • Un traductor o transformador de resonancia, cuyo núcleo está formado por láminas de níquel y el arrollamiento eléctrico en conexión con el oscilador. • Un Cono de transmisión o elemento vibrador, roscado al núcleo, que hace las funciones de amplificador de las vibraciones, pues debido a su forma aumenta la intensidad de las vibraciones al concentrarse en su base más pequeña, que es la que está en contacto con la herramienta. • La herramienta la cual va fijada fuertemente a la base menor del cono vibrador y en perfecta alineación con el eje de trabajo de la máquina. • La mesa sobre la que se sujeta la pieza. Esta mesa esta en el interior de un depósito que contiene el líquido con el abrasivo en suspensión. • Una bomba que hace circular el liquido y abrasivo para separar las partículas de material arrancadas por decantación. El esquema funcional de una maquina de conformado por ultrasonidos, es como el siguiente: Figura 3.10 Maquina de conformado por ultrasonidos. A. Oscilador electrónico. B. Traductor de impulsos. C. Cono de transmisión. D. Núcleo. E. Bomba. G. Mesa. F. Eyector aire comprimido H. Herramienta. 142
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.3.4.3 Herramienta de conformado por ultrasonidos.Se denomina herramienta al punzón o sonotrodo, aunque la verdadera herramientaes el polvo abrasivo, pero este se considera un medio.La forma del sonotrodo depende de la figura que se trata de mecanizar, pues lasección de material arrancado será igual a la sección de sonotrodo.Los sonotrodos se fabrican generalmente de acero pues conviene un material quesea de alta resiliencia, mejor que una alta dureza. Con este material los desgastesdel sonotrodo varían entre 1% y 3% al mecanizar el vidrio, cuarzo o germaniohasta el 200% y 300% al taladrar algunos aceros aleados de alta dureza, siendo elmás normal del 10%.Como abrasivos se utilizan los carburos de wolframio y de boro con granoscomprendidos entre 200 y 2.000 mallas por pulgada lineal, según se quiera dar unmecanizado de desbaste o acabado.Como liquido para la suspensión del abrasivo se emplea el agua con algunaadición que disminuya su tensión superficial.3.4.4 Aplicaciones del conformado por ultrasonidos:El conformado por ultrasonidos se emplea principalmente para realizarperforaciones circulares o de forma en materiales que por su dureza o fragilidadera muy difícil mecanizarlos por otros procedimientos. Por esto se utiliza paramecanizar piedras preciosas, principalmente para sus aplicaciones en relojería,semiconductores, fabricación de transistores, etc.Otra aplicación muy interesante del conformado por ultrasonidos es la perforaciónde matrices o hileras de carburo, estelitas, diamante, etc. 143
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA ARA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATE MATERIAL.4 MECANIZADO ESPECIAL.4.1 Mecanizado electrolítico.El mecanizado electrolítico del metal (ECM) es un proceso óptimo, para removerrebarbas con exactitud después de tornear, fresar, esmerilar, bruñir o brochar, para barbas r,redondear cantos o mecanizar contornos.El procedimiento ECM destaca muy especialmente en la fabricación en serie decomponentes de alta precisión, donde los procedimientos convencionales noresultan rentables ni practicables. También con las piezas extremamente practicables.complejas se obtiene el resultado de mecanización requerido. ejas4.1.1 Procedimiento de mecaniz mecanizado electrolítico:En el procedimiento ECM, se opone a los cantos a procesar un electrodo adaptadoa la pieza de trabajo (cátodo). Entre ambas partes queda una ranura estrecha, através de la cual fluye la solución electrolítica (agua salada) durante el pr proceso.Para el procesamiento se cierra el circuito eléctrico entre ánodo (+) y cátodo ((–)Con el intercambio de carga que se origina entre los polos tiene lugar la remociónde material, exactamente en los sitios requeridos.El principio de funcionamiento de esta técnica es el de electrodeposición invertida y dese puede apreciar en la Figura 5. . Un electrolito (sal inorgánica muy conductora) 5.1.funciona como portador de corriente y la gran rapidez de movimiento del electrolitoen el espacio entre la herramienta y la pieza, arrastra y retira los iones metálicosde la pieza (ánodo) antes de que tengan oportunidad de depositarse sobre laherramienta (cátodo). La velocidad de penetración de la misma es proporcional a ladensidad de corriente y no se afecta por la resistencia, dureza, o la tenacidad de la resistencia,pieza. Figura 5.1 Fundamento del mecanizado electrolítico. 144
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.4.1.2 Aplicaciones del mecanizado electrolítico:Los campos de aplicación más frecuentes de la técnica ECM son: • Sistemas de frenos ABS. • Ruedas dentadas. • Componentes para sistemas de inyección diesel. • Cuerpos de válvulas. • Cajas de dirección. • Componentes neumáticos e hidráulicos. • industria aeroespacial, para la producción en masa de álabes de turbinas y partes de motor de reacción y toberas.4.1.3 Ventajas e inconvenientes del mecanizado electrolítico:Las ventajas de este sistema se sustenta principalmente en la seguridad deproceso, representando una solución extremamente fiable para múltiples tareas demecanización en la fabricación en serie de piezas metálicas de precisión.Esencialmente, ofrece las siguientes ventajas: • Rebarbado y redondeado de cantos definidos, con alta precisión. • Tratamiento de sitios a rebarbar de difícil acceso. • Rebarbar y tratar contornos en un mismo paso de trabajo. • Sin formación de las llamadas “rebabas secundarias“. • Tiempos cortos de proceso (normalmente 5 – 20 segundos). • Sin carga mecánica ni térmica de las piezas de trabajo. • Apto también para materiales templados o con mecanizado por arranque de virutas.Como desventaja, este método posee herramientas y equipos costosos yconsume mucha energía. Asimismo, éste no es conveniente para produciresquinas agudas ni fondos planos ya que el electrolito tiende a erosionar y quitarperfiles agudos. 145
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.5 NUEVAS TENDENCIAS EN EL MECANIZADO POR ARRANQUE DE VIRUTA.5.1 Equipos con cinemática avanzada.Las mejoras en el campo de la máquina-herramienta van encaminadas a obtenerla máxima libertad de movimientos, con una elevada rigidez y con una mínimamasa a desplazar. Es decir, conseguir unas altas características dinámicas demáquina. La mejora de dichos aspectos debe llevar, como resultado final, a unamayor velocidad de mecanizado y a una mejor precisión y acabado, conduciendo aun aumento de la productividad, tanto por el menor tiempo de mecanizado comopor la disminución de procesos de acabado.La configuración de máquina convencional está basada en una estructura en serie.Dicha estructura presenta tantos ejes como grados de libertad dispuestos en seriey normalmente de acuerdo con unos ejes cartesianos X, Y, Z además de unos ejesde rotación, si es necesario. Este tipo de disposición no requiere un gran esfuerzode control ya que cada eje de la máquina controla un grado de libertad cartesiano. Figura 6.1 Movimientos posibles en un Hexápodo.Frente a esa facilidad en el control, las máquinas con una configuración en seriepresentan la desventaja de que cada eje deba soportar carga en todas lasdirecciones, además de soportar y mover los ejes que van montados sobre él. Estacaracterística conduce a una alta masa a mover y por lo tanto a unas bajascaracterísticas dinámicas de máquina. Esto se hace especialmente patente engrandes máquinas.Una solución a este problema es la utilización de cinemática paralela que ha dadolugar a las máquinas-herramienta de arquitectura paralela o HEXÁPODOS. Eneste tipo de máquina cada eje une directamente la base de la máquina con unaplataforma móvil sobre la que va montado el cabezal, de ahí se puede decir quelos ejes están dispuestos de forma paralela. 146
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA ARA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATE MATERIAL. Figura 6.2 Estructura básica Hexápodos.El alto costo, principalmente computacional, que requiere controlar las longitudesde los distintos brazos de un mecanismo de estas características hizo que suutilización no se extendiese - salvo en el caso de aplicaciones donde dicho co costoestuviese justificado, como es el caso de los simuladores de vuelo.Hoy en día dicho costo ha sufrido una espectacular reducción y están apareciendootras aplicaciones, especialmente en el mundo de la máquina herramienta Las herramienta.primeras de estas aplicaciones introdujeron el concepto de “Hexápodo”, derivado onesdel tipo de arquitectura paralela utilizada; la base de la máquina se encuentraligada al cabezal mediante seis brazos, los cuales mediante la variación de sulongitud consiguen la orientación exigida e la herramienta. enLas principales ventajas de la arquitectura paralela son las siguientes: • Estructura más simple • Menor inercia • Menor costoY sus principales inconvenientes se resumen en los siguientes puntos: • Gran tamaño global de la máquina, en comparació con el volumen comparación de trabajo. • Complejidad de control. Constante interpolación de 5 ejes (ó 6) y complejas rutinas de control no lineal • Dificultad de puesta a punto • Dificultad de compensación de errores 147
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.5.2 Mecanizado de alta velocidad. MAV.El concepto principal se basa en la existencia de una velocidad crítica (5 a 10veces la usada en mecanizado convencional), a la que la temperatura deformación de viruta comienza a descender. La disminución es pequeña parafundición y aceros, pero muy importante en materiales no ferrosos, abriendo laposibilidad de mecanizar materiales con más de 50 HRc.El MAV demanda elevada rapidez y precisión, siendo habituales velocidades derápido de 100 m/min y aceleraciones de 1G.Si bien no existe una definición única, se puede afirmar que: • Se refiere al fresado combinando altas velocidades de rotación y de avance. • Se usa para mecanizar aleaciones ligeras con alto índice de arranque de viruta, matrices y materiales templados. • Utiliza métodos y equipamiento de producción específicos. • Permite el desbaste y terminación de piezas pequeñas, y la terminación en piezas de todos los tamaños. • Reduce las fuerzas de corte, como la cantidad de calor trasmitida a la pieza. • Produce piezas más precisas, con mejor terminación y minimiza las rebabas.5.2.1 Herramientas de un MAV.En la mayoría de las aplicaciones (80 a 90%), se usan fresas integrales de metalduro recubiertas con Nitruro de titanio y aluminio (TiAlN) y diámetros de 1 a 20 mm.Son de punta esférica ó plana, núcleo reforzado y arista de corte con facetanegativa (refuerzo de filo). Debe trabajarse con voladizo (longitud de la fresa fuerade la pinza) mínimo para evitar la flexión. Las fresas con insertos (∅ ≥10 mm), sonutilizadas en desbaste, por su peor concentricidad.En MAV el tiempo de contacto entre la herramienta y la viruta es tan corto debido ala alta velocidad, que la trasferencia de calor a la fresa es pequeña, reduciéndosela necesidad de disponer de un sistema de lubricación. Todavía, el desarrollo delos recubrimientos, favorecen el mecanizado en seco o en condiciones MQL(Minimal Quantity Lubricant), donde son habituales caudales de entre 0,01 a 0,5l/min, que inclusive disminuyen los riesgos de salud e impacto ambiental. Loaconsejable en MAV es aplicar aire comprimido para evitar el re-corte de lasvirutas endurecidas dentro de las cavidades. 148
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.5.2.2 Aplicaciones. Ventajas e inconvenientes del MAV.Las principales áreas actuales para el uso de Mecanizado de Alta velocidad son: elfresado de cavidades, la construcción de matrices de forjado, moldes de inyeccióno moldes de soplado, fabricación de electrodos para la electroerosión, modeladode prototipos y moldes de prototipos.Las ventajas del MAV en dichas aplicaciones: • La temperatura de la herramienta de corte y de la pieza de corte permanece baja, lo que otorga una vida prolongada a la herramienta. Por otro lado, en general en las aplicaciones de MAV, los cortes son superficiales y de poca profundidad, y el tiempo de compromiso de la herramienta es extremadamente corto. • La baja fuerza de corte reduce las deflexiones de la herramienta y también las del husillo. Esto protege al cojinete, a las guías y principalmente evita vibraciones dañinas para la máquina y perjudiciales para la terminación de la pieza. • Se puede realizar mecanizados de paredes realmente finas (0,2 mm) • Se puede suprimir el trabajo de acabado manual dramáticamente. • La reducción de pasos en el proceso es una ventaja importante del MAV, ya que produce una baja en los costos de inversión y simplifica la logística. Menos espacio de planta es necesario. • MAV puede llegar a dar una tolerancia de 0,02 mm mientras que la tolerancia con métodos como el Electroerosión (EDM) es de 0,2 mm.Algunas desventajas del MAV: • Las altas aceleraciones y desaceleraciones, así como el arranque intermitente del husillo provocan un relativamente alto desgaste de las guías, del cojinete, lo que ocasiona costos de mantenimiento mayores. • Se debe poseer un conocimiento sobre procesos y programación de las maquinas. Lo cual puede llevar a dificultades en la toma de empleados. • Las precauciones de seguridad son altamente necesarias: Si a 40 mm del centro de la herramienta liberara una esquirla mientras el husillo tiene una velocidad de 40000 rpm, y si esta esquirla tuviera una masa de 0,015 kg, se desprendería con una energía cinética de 53 Nm lo cual es equivalente a la energía que adquiere una bala disparada de una pistola. 149
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.5.3 Mecanizado en seco.El mecanizado en seco supone la eliminación completa del fluido de corte. Deforma que cuando se desempeña un proceso de este tipo, se deben adoptarmedidas para que las funciones que normalmente ejerce el fluido sean asumidaspor otros medios.Para implantarlo se requiere realizar un profundo análisis de las condiciones límitesde la operación en conjunción con el conocimiento detallado de las complejasinteracciones asociadas al proceso, entre la herramienta de corte, la pieza amecanizar y la máquina herramienta. Sobre esta base, se pueden identificar yadoptar medidas y soluciones para lograr implementar el mecanizado en seco.Los factores a los que se les otorga mayor influencia en el desgaste de laherramienta son la adhesión y la abrasión para velocidades de corte bajas y ladifusión y la oxidación a altas velocidades y elevadas temperaturas de corte. Enconsecuencia, el material de la herramienta debe presentar baja tendencia a laadhesión con el material de la pieza así como elevada dureza y resistencia aldesgaste a alta temperatura. Los materiales de herramientas actualmentedisponibles, responden de desigual forma a las mencionadas características.Las herramientas recubiertas son ejemplo de materiales que permiten que elmecanizado en seco se extienda a áreas en las que los lubricantes se consideranactualmente como esenciales. Los avances en el campo de los materiales de corteestán contribuyendo a la eliminación de los lubricantes, incluso en el caso deoperaciones que se consideran extremadamente difíciles debido a la complejidadde la geometría de la herramienta y/o a la cinemática del proceso.La energía mecánica introducida en el proceso de corte se transforma casiíntegramente en calor. Mientras en el mecanizado húmedo la mayor parte del calordel mecanizado es absorbido y extraído por el refrigerante, en el mecanizado enseco, la herramienta, la pieza y la máquina están sujetas a mayores niveles detensión térmica, lo que puede traducirse en desviaciones dimensionales y de formaen las piezas. El diseño del proceso de mecanizado en seco debe tener muy encuenta este aspecto.El nivel de precisión alcanzable de la pieza en condiciones de mecanizado en secodepende principalmente de la cantidad de calor que recibe y de sus dimensionesgeométricas. Resulta esencial diseñar el proceso de corte de forma que minimicela cantidad de calor transferido a la pieza.En general, se puede decir que las operaciones de mecanizado en seco sonsiempre posibles cuando la pieza no requiere gran precisión dimensional de forma. 150
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.Un factor secundario que ejerce influencia sobre la precisión de las piezas es elcomportamiento de la máquina cuando no se usa refrigeración. La refrigeraciónademás de extraer las virutas y limpiar los elementos de guiado también reduce latemperatura de los componentes de la máquina, lo que garantiza un mecanizadode precisión. Esta función no se cumple en el mecanizado en seco. Se necesitantomar medidas especiales para garantizar que las virutas calientes se extraiganrápida y eficazmente de la zona de corte, y que se compense el calor introducidoen los elementos de la máquina. Esto representa un desafío para los fabricantesde máquina-herramienta, desarrollar un concepto de máquina adaptado paracumplir con las necesidades específicas del mecanizado en seco.5.4 Mecanizado de precisión y ultraprecisión.El mecanizado de precisión y de ultra-precisión aparece como una evolución haciauna mayor precisión demandada y como una nueva respuesta a nuevasnecesidades. Por otra parte, hay una tendencia generalizada hacia laminiaturización en muchos campos de actividad.Cabe citar las aplicaciones de la industria electrónica, los periféricos deordenadores, la miniaturización de los sensores, las aplicaciones quirúrgicas y lasrelacionadas con la biotecnología, las precisiones necesitadas en la industriaóptica, las telecomunicaciones, la instrumentación científica y la sensorización delautomóvil y de los electrodomésticos. La precisión y ultra-precisión son elementosindispensables de la miniaturización. Equipos que midan y posicionen conprecisión son necesarios en múltiples aplicaciones.Todas estas demandas conducen a máquinas más precisas, pequeñas, conarquitecturas especiales, diseñadas en base a principios de la ingeniería deprecisión, trabajando a veces en atmósferas controladas, con compensaciones dedeformaciones especialmente térmicas. Obligan al uso de materiales,herramientas, controles y accionamientos y de todo tipo de componentesespecialmente diseñados para cumplir con las características del mecanizado deprecisión. 151
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA.BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA.1 INTRODUCCIÓN AL CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA.La deformación plástica de los materiales es la deformación permanente de losmismos como consecuencia de la aplicación de una fuerza externa.A temperatura ambiente, son dos los mecanismos responsables de estadeformación plástica de cristales: deslizamiento y maclado. Cada uno tienecaracterísticas particulares, que se pueden apreciar mediante la observación en elmicroscopio óptico de la superficie pulida de una muestra. La activación de uno deestos mecanismos o de ambos y el orden en que se activen depende de laestructura cristalina del material.1.1 Clasificación de los procesos de deformación plástica.Los procesos de conformación se pueden clasificar en un número reducido declases sobre la base de las fuerzas aplicadas al material cuando se le da la formarequerida.Estas clases son: • Procesos de compresión indirecta. • Procesos de compresión directa. • Procesos de tracción. • Procesos de plegados o flexión. • Procesos de cizallamiento, ya que en algunos de los procesos la deformación se prolonga hasta el punto de rotura para obtener el producto final.En los procesos de compresión la fuerza se aplica a la superficie de la pieza quese trabaja y el metal fluye formando ángulo recto con la dirección de la compresión.Los ejemplos principales son la forja y la laminación.Los procesos de compresión indirecta incluyen el estirado de tubos y alambres, laextrusión y el embutido profundo de una copa.Las fuerzas aplicadas son frecuentemente de tracción, pero se desarrollan fuerzasde compresión elevadas por reacción entre la pieza que se trabaja y la matriz. El 152
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA.metal fluye bajo un estado de tensiones combinadas en el que hay fuerzas decompresión elevadas en una de las direcciones principales, por lo menos.Aunque otra de las clasificaciones posible, es aquella en la que se diferencian dosprocesos, estos son; Procesos de deformación en frio y en caliente.La conformación plástica se lleva acabo por cuatro razones principalmente. • Obtener la forma deseada • Mejorar las propiedades del material por modificación de la distribución de micro constituyentes. • Mejorar las propiedades del material por afino del tamaño de grano. • Introducir endurecimiento por deformación.1.2 Efecto de la temperatura en el proceso de deformación plástica.El trabajo de los metales suele dividirse en procesos de trabajo o conformación encaliente y procesos de trabajo o conformación en frío.El trabajo en caliente se define como una deformación en condiciones tales detemperatura y velocidad de deformación que se producen simultáneamente larestauración y la deformación.El trabajo en frío es el realizado en condiciones tales que no es posible que seproduzcan eficazmente los procesos de restauración.En el trabajo en caliente se elimina el endurecimiento por deformación, y laestructura granular dislocada, por la formación de nuevos granos libres dedeformación, recristalizando la estructura.Como dicha recristalización elimina las perturbaciones provocadas por ladeformación se pueden lograr deformaciones muy grandes en caliente.El trabajo en caliente se realiza normalmente en condiciones de limite elástico, yeste límite disminuye con la temperatura, es entonces más pequeña la energíanecesaria para la deformación que en el trabajo en frío, en el cual no se elimina elendurecimiento por deformación y la tensión de limite elástico aumenta con ladeformación.Por esto es que la deformación total que puede darse en frío es menor que encaliente, a menos que en etapas intermedias por sucesivos tratamientos se elimineel endurecimiento por deformación. 153
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA.1.3 Características de las estructuras metalúrgicas en los procesos de conformación.Las fuerzas necesarias para realizar la conformación están íntimamente ligadas allímite elástico, que a su vez depende de la estructura metalúrgica y la composiciónde la aleación.En los metales puros, la facilidad del trabajo mecánico disminuye al aumentar elpunto de fusión, y la temperatura mínima de trabajo en caliente aumentará tambiéncon el punto de fusión.La adición de elementos de aleación eleva la curva de fluencia cuando formansolución sólida y por consiguiente aumentan las fuerzas necesarias, a su vezhacen descender el punto de fusión por lo que las temperaturas de trabajo seránmas bajas.Las características de trabajo plástico de las aleaciones de dos fases dependen dela distribución microscópica de la segunda fase. • La presencia de una fracción grande de partículas duras uniformemente distribuidas incrementa el límite de fluencia. • Si en cambio son blandas no producen gran variación en las condiciones de trabajo, • Si tienen bajo punto de fusión pueden dar fragilidad en caliente. • En el acero recocido, un tratamiento de globulización que convierte laminillas de cementita de la perlita en glóbulos mejora el trabajo en frío. • Si la segunda fase dura se localiza en el límite de grano dificulta la conformación, pues se puede producir fractura en límite de grano.Las partículas de segunda fase tenderán a tomar la forma y distribución quecorresponde a la deformación del cuerpo. • Si son más blandas y dúctiles que la matriz, las partículas que son originalmente esféricas tomaran una forma elipsoidal. • Si son más duras, no se deformarán.La orientación de estas partículas (en trabajo en caliente) y la fragmentación de losgranos (trabajo en frío) son responsables de la estructura fibrosa típica que puedeponerse de manifiesto por macro ataque. 154
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA.Una consecuencia de este fibrado mecánico es que las propiedades mecánicaspueden ser diferentes para distintas orientaciones de las probetas de ensayo conrespecto a la dirección principal de conformación.En general, la ductilidad en tracción, las propiedades de fatiga y las de choqueserán más bajas en la dirección transversal que en la longitudinal.Si en una aleación se produce una precipitación mientras el metal se estáconformando, aumenta el límite elástico y disminuye su ductilidad pudiendoproducirse el agrietamiento. La precipitación se produce normalmente cuando lavelocidad de conformación es pequeña y la temperatura elevada.Si en cambio se produce un cambio de fase esto contribuye a aumentar el limiteelástico de los productos laminados en frío, y puede producirse el agrietamiento.1.4 Tratamientos aplicados en los procesos de deformación plástica.En muchas ocasiones debido a los esfuerzos que están sometidas las piezas aconformar se producen tensiones internas en dichas piezas. Para evitar queexistan estas tensiones en el producto final, lo que se le aplica es un tratamiento yasea térmico o termoquímico.Los podemos diferenciar las siguientes categorías: • Tratamientos térmicos, se pueden diferenciar los siguientes: - Temple. Su finalidad es aumentar la dureza y la resistencia. Para ello, se calienta a una temperatura ligeramente más elevada que la crítica superior y se enfría luego más o menos rápidamente (según características de la pieza) en un medio como agua, aceite, etc. - Revenido. Sólo se aplica a aceros previamente templados, para disminuir ligeramente los efectos del temple, conservando parte de la dureza y aumentar la tenacidad. El revenido consigue disminuir la dureza y resistencia de los aceros templados, se eliminan las tensiones creadas en el temple y se mejora la tenacidad, dejando al acero con la dureza o resistencia deseada. - Recocido. Consiste básicamente en un calentamiento hasta temperatura de austenitización seguido de un enfriamiento lento. Con este tratamiento se logra aumentar la elasticidad, mientras que disminuye la dureza. También facilita el mecanizado de las piezas al homogeneizar la estructura, afinar el grano y ablandar el material, eliminando la acritud que produce el trabajo en frío y las tensiones internas. 155
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA. - Normalizado. Tiene por objeto dejar un material en estado normal, es decir, ausencia de tensiones internas y con una distribución uniforme del carbono. Se suele emplear como tratamiento previo al temple y al revenido. • Tratamientos termoquímicos, se pueden diferenciar los siguientes: - Cementación. aumenta la dureza superficial de una pieza, aumentando la concentración de carbono en la superficie. Se consigue teniendo en cuenta el medio o atmósfera que envuelve el metal durante el calentamiento y enfriamiento. El tratamiento logra aumentar el contenido de carbono de la zona periférica, obteniéndose después, por medio de temples y revenidos, una gran dureza superficial, resistencia al desgaste y buena tenacidad en el núcleo. - Nitruración. al igual que la cementación, aumenta la dureza superficial, aunque lo hace en mayor medida, incorporando nitrógeno en la composición de la superficie de la pieza. Se logra calentando la pieza dentro de una corriente de gas amoniaco, más nitrógeno. - Cianuración. endurecimiento superficial de pequeñas piezas de acero. Se utilizan baños con cianuro, carbonato y cianato sódico. Se aplican temperaturas entre 760 y 950 ºC. - Carbonitruración. Al igual que la cianuración, introduce carbono y nitrógeno en una capa superficial, pero con hidrocarburos como metano, etano o propano; amoniaco (NH3) y monóxido de carbono (CO). En el proceso se requieren temperaturas de 650 a 850 ºC y es necesario realizar un temple y un revenido posterior. - Sulfinización. Aumenta la resistencia al desgaste por acción del azufre. El azufre se incorporó al metal por calentamiento a baja temperatura (565 ºC) en un baño de sales. • Tratamientos térmicos superficiales, en este tipo de procesos se realiza un temple solamente en la superficie de la pieza y no en el núcleo de la misma. De esta forma conseguimos piezas resistentes a los desgastes exteriores pero tenaces interiormente. Enumerando los tipos que depende principalmente de las forma de calentar la superficie de la pieza, obtenemos los siguientes: - Temple a llama oxiacetilénica. - Temple por inducción. - Temple por láser. - Temple por haz de electrones. 156
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA. - Temple en vacio por plasma. • Tratamientos superficiales por capa de sustrato, se consigue endurecer la superficie de la pieza aleándola pero sin aplicar ningún tratamiento térmico. Este tipo de tratamientos se caracteriza por los siguientes procedimientos: - Pulverización catódica. - Recubrimiento iónico. - Implantación iónica. - Deposición química. • Tratamientos anticorrosivos, se recubre la pieza externamente sin modificar su estructura para evitar la corrosión. - Pintado. - Plastificado.1.5 Comportamiento elástico-plástico de las piezas metálicas.La deformación elástica de las piezas se caracteriza por la recuperación de lageometría inicial de las mismas, después de la retirada de la fuerza exterioraplicada, es decir deformaciones reversibles.Sin embargo en las deformaciones plásticas, la geometría de partida no serecobra, una vez retirada la acción de la fuerza, por lo que es irreversible.Para conocer las propiedades elásticas y plásticas de un material se realizan losensayos de tracción y compresión sobre probetas normalizadas.El ensayo de compresión es un ensayo técnico para determinar la resistencia deun material o su deformación ante un esfuerzo de compresión. En la mayoría delos casos se realiza con hormigones y metales (sobre todo aceros), aunque puederealizarse sobre cualquier material.Se realiza preparando probetas normalizadas que se someten a compresión enuna máquina universal.El ensayo de tracción de un material consiste en someter a una probetanormalizada realizada con dicho material a un esfuerzo axial de tracción crecientehasta que se produce la rotura de la probeta. Este ensayo mide la resistencia deun material a una fuerza estática o aplicada lentamente. Las velocidades dedeformación en una ensayo de tensión suelen ser muy pequeñas. 157
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA.Máquina para ensayo de tensión por computadora. • En un ensayo de tracción pueden determinarse diversas características de los materiales elásticos: • Módulo de elasticidad o Módulo de Young, que cuantifica la proporcionalidad anterior. • Coeficiente de Poisson, que cuantifica la razón entre el alargamiento longitudinal y la acortamiento de las longitudes transversales a la dirección de la fuerza. • Límite de proporcionalidad valor de la tensión por debajo de la cual el alargamiento es proporcional a la carga aplicada. • Límite de fluencia o límite elástico aparente: valor de la tensión que soporta la probeta en el momento de producirse el fenómeno de la fluencia. Este fenómeno tiene lugar en la zona de transición entre las deformaciones elásticas y plásticas y se caracteriza por un rápido incremento de la deformación sin aumento apreciable de la carga aplicada. • Límite elástico (límite elástico convencional o práctico): valor de la tensión ha la que se produce un alargamiento prefijado de antemano (0,2%, 0,1%, etc.) en función del extensómetro empleado. • Carga de rotura o resistencia a la tracción: carga máxima resistida por la probeta dividida por la sección inicial de la probeta. • Alargamiento de rotura: incremento de longitud que ha sufrido la probeta. Se mide entre dos puntos cuya posición está normalizada y se expresa en tanto por ciento. • Estricción: es la reducción de la sección que se produce en la zona de la rotura.En el ensayo se mide la deformación (alargamiento) de la probeta entre dos puntosfijos de la misma a medida que se incrementa la carga aplicada, y se representagráficamente en función de la tensión (carga aplicada dividida por la sección de laprobeta). En general, la curva tensión-deformación así obtenida presenta cuatrozonas diferenciadas (Figura 1): • Deformaciones elásticas: en esta zona las deformaciones se reparten a lo largo de la probeta, son de pequeña magnitud y, si se retirara la carga aplicada, la probeta recuperaría su forma inicial. El coeficiente de proporcionalidad entre la tensión y la deformación se denomina módulo de elasticidad o de Young y es característico del material. Así, todos los aceros tienen el mismo módulo de elasticidad aunque sus resistencias puedan ser muy diferentes. La 158
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA. tensión más elevada que se alcanza en esta región se denomina límite de fluencia y es el que marca la aparición de este fenómeno. • Fluencia. Es la deformación brusca de la probeta sin incremento de la carga aplicada. El fenómeno de fluencia se da cuando las impurezas o los elementos de aleación bloquean las dislocaciones de la red cristalina impidiendo su deslizamiento, mecanismo mediante el cual el material se deforma plásticamente. Alcanzado el límite de fluencia se logra liberar las dislocaciones produciéndose la deformación bruscamente. La deformación en este caso también se distribuye uniformemente a lo largo de la probeta pero concentrándose en las zonas en las que se ha logrado liberar las dislocaciones. • Deformaciones plásticas: si se retira la carga aplicada en dicha zona, la probeta recupera sólo parcialmente su forma quedando deformada permanentemente. Las deformaciones en esta región son más acusadas que en la zona elástica. • Estricción. Llegado un punto del ensayo, las deformaciones se concentran en la parte central de la probeta apreciándose una acusada reducción de la sección de la probeta, momento a partir del cual las deformaciones continuarán acumulándose hasta la rotura de la probeta por ese zona. La estricción es la responsable del descenso de la curva tensión-deformación; realmente las tensiones no disminuyen hasta la rotura, sucede que lo que se representa es el cociente de la fuerza aplicada (creciente) entre la sección inicial y cuando se produce la estricción la sección disminuye, efecto que no se tiene en cuenta en la representación gráfica. Figura 1.1. Curva tensión-deformación. 159
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA.2 DEFORMACIÓN PLÁSTICA EN FRIO.La deformación plática en frío consiste en conformar o cortar un material de pocoespesor, normalmente inferior a 15 mm, sin calentamiento de este.Debido a este pequeño espesor y por tanto a su baja resistencia a ser trabajado,no es necesario aumentar la temperatura del material hasta un estado plástico.Dada la precisión dimensional de este método, no solo es utilizado en chapa sinoque se utiliza para acabar piezas obtenidas por otros procedimientos. Además dela precisión dimensional y buen acabado conseguimos mayor resistencia mecánicay dureza que en el caso de deformación en caliente, aunque conlleva unareducción de la ductilidad del material.2.1 Materiales utilizados en los procesos de deformación plástica.Los materiales de las chapas utilizadas en los procesos de deformación plástica enfrío deben ser materiales con las siguientes características: • La plasticidad que es la capacidad que debe tener el material para deformarse de forma permanente sin romperse. • Un límite elástico bajo, es decir, que debe poderse deformarse con facilidad ya que el material solo consigue deformarse permanentemente si se ejercen esfuerzos superiores a dicho límite.Existe por encima del límite elástico un punto, denominado punto de ruptura,donde el material se rompe. Al deformarse el material se va endureciendoprogresivamente hasta llegar a este punto. Si cesamos el esfuerzo en un punto dela zona no elástica próximo al punto de rotura por unos instantes y seguimos con elmismo esfuerzo, reemprenderemos la deformación con la dureza que teníamosantes de parar y por lo tanto al aumentar el esfuerzo se romperá la chapa. Esto nosucede si después de parar recocemos la chapa, con este proceso eliminaríamoslas tensiones internas.Teniendo en cuentas estas consideraciones, los materiales más apropiados paraeste tipo de trabajo son los siguientes: • Aceros dulces y extradulces (bajo contenido en carbono). • Aceros austeníticos inoxidables. • Latón y cobre. • Aleaciones ligeras y de aluminio-cobre. 160
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA.2.2 Operaciones principales en la deformación plástica en frío.Las operaciones principales de este proceso son las siguientes: • Cizallado. • Doblado. • Estampación en frio. • Embutición. • Troquelado o punzonado. • Estirado y trefilado. • Curvado.Aunque existen otros menos usuales, tales como el estampado por impacto,conformado por explosión, conformado electrohidráulico y la estampación conmatriz flexible e hidroconformado.2.3 Cizallado.Es una operación de corte rectilíneo y se realiza por medio de una cizalladora, quees una máquina que contiene dos cuchillas metálica que al cerrarse cortan lachapa.2.3.1 Descripción del proceso de cizallado.En el esquema adjunto (Figura 2.1) se muestran las cuchillas durante el cortemostrando la cara de corte y los respectivos ángulos correspondientes, siendo α elángulo de incidencia, ઺ el ángulo de corte y ࢽ el ángulo de desprendimiento. Estosángulos dependen de la dureza del material a trabajar y de la propia cuchilla. Figura 2.1. Proceso de corte de la cizalladora. 161
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA.2.3.2 Herramientas en el cizallado.Existen varios tipos de montajes según la orientación de las cuchillas, pueden sercizallas de cuchilla paralela (Figura 2.2 a) o cizalla de cuchilla con oblicuidadconstante (Figura 2.2 b). En amabas la fuerza de corte es igual a la sección decorte (S) por el esfuerzo a la cortadura (σt). Figura 2.2 A. Cizallas de cuchilla paralela B. Cizalla de cuchilla con oblicuidad constante2.3.3 Consideraciones en el cizallado.Debido a que la deformabilidad de una pieza cizallada puede verse influida por lacalidad de sus bordes cortados, es importante controlar la holgura adecuada esfunción del tipo de material, su temple y su espesor, así como del tamaño de lalámina en bruto y de su proximidad a los bordes de esa lámina original. Comocriterio general, las holguras para materiales suaves son menores que paramateriales duros. Además, mientras más gruesa es la lámina, mayor debe ser laholgura. Los orificios pequeños, en comparación con el material de la lámina,requieren mayores holguras que los orificios mayores.Las holguras están, en general, entre el dos y el ocho por ciento del espesor de lalámina, pero pueden llegar a tener valores de entre el uno y el treinta por ciento.Cuando se emplean holguras elevadas, debe prestarse atención a la rigidez y alalineamiento de las prensas, y a los dados y su preparación. Cuanto menor es laholgura, la calidad de la orilla es mejor. En un proceso llamado rasurado, elmaterial adicional procedente de un borde cortado en bruto se elimina por recorte.2.3.4 Parámetros de corte en el cizallado.Para definir los el parámetro de corte en el doblado o lo que es lo mismo la fuerzanecesaria en la operación es necesario conocer algunas características como sonla sección de corte (S), a y s son las dimensiones de la sección de corte y elesfuerzo a la cortadura (σt). 162
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA.Como se ha visto anteriormente disponemos de dos posiciones de la cuchilla enlas cizalladoras, por lo que el esfuerzo de corte para la cuchilla paralela estádefinida por la ecuación 2.1 y la cuchilla oblicua por la ecuación 2.2. F = S * ો‫ ∗ ܛ ∗ ܉ = ܜ‬ો‫ܜ‬ ሺ2.1ሻ ૙. ૛૞ ∗ ‫ܛ‬૛ ∗ ો‫ܜ‬ F= ሺ2.2ሻ ‫઺ ܖ܉ܜ‬Donde el valor de σt se muestra en la siguiente tabla (tabla 2.1). Material σt Laminado (kg/mm 2) σt Recocido (kg/mm 2) Acero 0.1 %C 32 25 Acero 0.2 %C 40 32 Acero 0.3 %C 48 35 Aluminio 13 - 15 6–7 Bronce 40 – 60 32 – 40 Cobre 25 - 30 18 – 22 Latón 35 - 40 22 - 30 Tabla 2.1 Valores de σt en función del material mecanizado.2.4 Doblado.La operación de doblado consiste, en realizar una transformación plástica de unalámina o plancha metálica de material y convertirla en una pieza con forma ogeometría distinta a la anterior. Esta operación se realiza en unas máquinasdenominadas dobladoras.En cualquiera de las operaciones de doblado, siempre deberá tenerse en cuentalos factores que puedan influir sobre la forma de la pieza a obtener, como porejemplo: elasticidad del material, radios interiores y ángulos de doblado.2.4.1 Descripción del proceso de doblado.En el proceso se puede diferenciar 4 etapas, estas son: 1. El punzón y la parte móvil de la matriz permanecen estáticos en el punto muerto superior, mientras que en la parte inferior se posiciona una chapa plana lista para ser doblada. 163
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA. 2. El punzón inicia la carrera de descenso, hasta hacer contacto con la chapa e iniciar el doblado de la misma. 3. Al final de la carrera de descenso el punzón alcanza el punto muerto inferior, y la pieza queda doblada. 4. Después del doblado, la parte superior o móvil de la matriz retrocede hasta alcanzar el punto muerto superior, mientras el extractor inferior saca la pieza fuera de la boca de la matriz. En ese momento el ciclo de trabajo ha finalizado y la matriz está preparada para doblar una nueva pieza.El proceso de doblado se inicia en la segunda fase y termina en la fase tercera,estas etapas está representada en la siguiente figura (Figura 2.3): Figura 2. 3 detalles del proceso de doblado. 2.a. y 2.b. detalles del doblado.Para la obtención de un buen doblado deben tenerse en cuenta 3 factores: • La pieza no debe sufrir ningún movimiento anormal durante el doblado. • Los radios interiores de doblado serán como mínimo igual al espesor de la chapa. • Las superficies del punzón o matriz en contacto con la chapa estarán lo más lisas y pulidas posible.2.4.2 Herramienta en el doblado.El doblado de piezas de chapa se realiza por medio de herramientas o matrices dedoblar, que están compuestas de dos partes esenciales: • La superior o macho (punzón). • La inferior o hembra (matriz). 164
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA. Figura 2.4. herramientas en una dobladora. A. Doblado en V. B. Doblado en U.La herramienta se compone: • De un punzón P que tiene la forma de la pieza. • De una matriz ó dado M cuya forma en la parte activa, al final de la carrera debe dejar pasar el material, entre ella y el punzón, un juego teóricamente igual al de la propia chapa.2.4.3 Parámetros de corte en el doblado.En el doblado se definen principalmente dos parámetros, estos son; el radio decurvatura y el esfuerzo necesario para realizar el doblado.Para elegir el radio de curvatura nos basamos en una formulas empíricas enfunción del material a doblar estas son: ‫ ࢙ = ܖܑܕ ܀‬ሺܽܿ݁‫݋ݎ‬ሻ ሺ2.3ሻ ‫ = ܖܑܕ ܀‬ሺ૙. ૝ ࢕ ૙. ૞ሻ ∗ ࢙ ሺ‫ݏܽݎ݈݁݃݅ ݏ݁݊݋݈݅ܿܽ݁ܣ‬ሻ ሺ2.4ሻDonde s es el espesor de la chapa.El esfuerzo necesario para doblar, está definido de la siguiente forma: ૜ ‫ܛ ∗ ܊ ∗ ܁ ܀‬૛ ۴= ሺ2.5ሻ ૛ ‫܉‬Donde a es la longitud entre los apoyos, b el ancho de la chapa, s es el espesor yRS es la carga unitaria en el límite elástico. (Figura 2.5). 165
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA ARA BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PL O PLÁSTICA. Figura 2.5 Datos geométricos en el doblado de una pieza.2.5 Estampación en frí ío.El estampado es una operación que consiste en practicar salientes y huecos enuna chapa metálica. Desde el punto de vista del trabajo del metal (deformaciones),se sitúa esta operación entre las de dar forma propiamente dichas y las deembutición. Se admite generalmente que se trata de un estampado cuando los desalientes o los huecos no tienen una altura de más de 3 a 5 veces el espesor delmetal.Esta operación la realiza una maquina que se le conoce como estampa oestampadora.2.5.1 Descripción del proceso de esta estampación en frio.En el proceso se puede diferenciar 4 etapas, estas son: so 1. El punzón y la parte móvil de la matriz permanecen estáticos en el punto muerto superior, mientras que en la parte inferior se posiciona una chapa plana lista para ser estampada. 2. El punzón inicia la carrera de descenso, hasta hacer contacto con la descenso, chapa e iniciar el estampado de la misma. 3. Al final de la carrera de descenso el punzón alcanza el punto muerto inferior, y la pieza queda estampada. 4. Después del estampado, la parte superior o móvil de la matriz , retrocede hasta alcanzar el punto muerto superior, mientras el e extractor inferior saca la pieza fuera de la boca de la matriz. En ese momento el ciclo de trabajo ha finalizado y la matriz está preparada para doblar una nueva pieza.Como se pude ver las etapas de la estampación son semejante a las etapas del onproceso de doblado. 166
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA.2.5.2 Herramientas en la estampación en frío.Las herramientas de estampado variarán, evidentemente, según la forma aestampar. Pueden clasificarse, sin embargo, según el sistema, (Figura 2.6) en: Figura 2.6 Herramientas en la estampación. A. Simple. B. con expulsor inferior. C. con expulsor superior. • Herramienta sencilla: para piezas de forma cualquiera cuyas superficies tienen inclinación. Está constituida por: - P = Punzón - M = Matriz • Herramientas con expulsor inferior: está constituida en forma análoga al caso anterior, pero provista de un expulsor E accionado por el dispositivo expulsor de la prensa. Empleo: Para las piezas de forma cualquiera cuyas caras presentan suficiente inclinación y que se corre el riesgo de que queden atascadas en la matriz. • Herramienta de expulsor superior: está constituida de forma similar a la primera, pero va provista de un expulsor en el punzón, siendo éste accionado por el martillo de la prensa. Empleo: Para piezas cuya forma puede provocar el atasco sobre el punzón. Observaciones: Si la pieza a obtener posee una forma tal, que puede correr el riesgo de quedar atascada entre el punzón y la matriz, se combinarán ventajosamente los dos últimos tipos.2.5.3 Parámetros de corte en la estampación en frío.El esfuerzo necesario para doblar, está definido de la siguiente forma: ۴ = ો‫ܛ ∗ ܉ܘܕ܉ܜܛ܍ۯ ∗ ܜ‬ ሺ2.6ሻDonde A estampa es el área de la estampa y s es el espesor de la chapa. 167
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA.El valor de σt se muestran en la siguiente tabla (tabla 2.2). Material σt Laminado (kg/mm2) σt Recocido (kg/mm2) Acero 0.1 %C 32 25 Acero 0.2 %C 40 32 Acero 0.3 %C 48 35 Aluminio 13 - 15 6–7 Bronce 40 – 60 32 – 40 Cobre 25 - 30 18 – 22 Latón 35 - 40 22 - 30 Tabla 2.2 Valores de σt en función del material mecanizado.2.6 Embutición.Operación mediante la cual se transforma una lámina plana en una pieza cóncava.Para ello se emplean prensas equipadas con moldes o estampas. Estos útiles sonde aceros templados y rectificados, aceros moldeados a manganeso o broces alaluminio.2.6.1 Descripción del proceso en la embutición.En el proceso se puede diferenciar 4 etapas, estas son: 1. El punzón y la parte móvil de la matriz permanecen estáticos en el punto muerto superior, mientras que en la parte inferior se posiciona una chapa plana lista para ser embutida. 2. El punzón inicia la carrera de descenso, hasta hacer contacto con la chapa e iniciar el embutido de la misma. 3. Al final de la carrera de descenso el punzón alcanza el punto muerto inferior, y la pieza queda embutida. 4. Después del embutido, la parte superior o móvil de la matriz retrocede hasta alcanzar el punto muerto superior, mientras el extractor inferior saca la pieza fuera de la boca de la matriz. En ese momento el ciclo de trabajo ha finalizado y la matriz está preparada para doblar una nueva pieza. 168
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA.Como se pude ver las etapas del embutido son semejantes a las etapas delproceso de doblado. Figura 2.7 Descripción del proceso de embutición.Para este tipo de procesos el material debe ser lo más dúctil y maleable posible,por ello se procede en algunos casos a recocidos previos y calentamientos finalespara eliminar las tensiones internas2.6.2 Herramientas en la embutición.El útil de embutición consta de los siguientes elementos: • De un punzón P que tiene la forma de la pieza. • De una matriz ó dado M cuya forma en la parte activa, al final de la carrera debe dejar pasar el material, entre ella y el punzón, un juego teóricamente igual al de la propia chapa. • Un extractor para facilitar la salida del producto mecanizado. Figura 2.7. 1. Punzón. 2. Prensa chapas. 3. Chapa. 4. Matriz. 5. Extractor. 169
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA.2.6.3 Parámetros de corte en la embutición.Normalmente es necesario definir tres parámetros principalmente, estos son: • El juego que debe existir entre el punzón y la matriz. • El diámetro del disco a embutir. • Esfuerzo necesario para la embutición.Aunque normalmente los valores del juego se deduce empíricamente, se puedeaproximar a la siguiente ecuación en función del material, dónde la Ecuación 2.6corresponde a chapas de acero y la Ecuación 2.6 a chapas de aleaciones ligeras. ۲ = ‫ + ܌‬૛. ૝૞ ‫ܛ‬ ሺ2.7ሻ ۲ = ‫ + ܌‬૛. ૛૞ ‫ܛ‬ ሺ2.8ሻY el juego mínimo seria común para ambos tipos, y se define como (Ecuación 2.9) ۲ = ‫ + ܌‬૛‫ܛ‬ ሺ2.9ሻPara realizar una pieza embutida normalmente se parte de un disco de chapa,donde en teoría este disco tiene el mismo área que la pieza final. Un la siguientetabla (Tabla 2.3) podemos ver como se obtienen los diámetros de estos discosen función de distintas geometrías finales. 170
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA. Tabla 2.3 Calculo del diámetro para los discos de chapa.Para el cálculo del esfuerzo necesario de embutición habrá que distinguir distintasetapas para evitar el corte de la chapa. Cada etapa se caracteriza por un diámetrodistinto. Partiremos de un diámetro de disco Di y avanzamos hasta un diámetrofinal de la pieza Df.D1 será el primer diámetro al cual se desea llegar, mientras que Dn será el diámetrofinal en n etapas. Por tanto las ecuaciones son las siguientes: ۲૚ = ۲ܑ ∗ ۹ ૚ ሺ2.10ሻ ۲‫ܖ ۹ ∗ ܎۲ = ܖ‬ ሺ2.11ሻDonde los valores de K los obtenemos en la siguiente tabla (Tabla 2.4). Material K1 K2 o Kn Chapa de acero 0.56 0.75 Latón 0.52 0.75 Cobre 0.50 0.75 Aluminio 0.55 0.80 Tabla 2.4 Valores de K en función de la etapa. 171
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA.La fuerza máxima (Ecuación 2.12) para no agujerear la pieza es: ۴‫ܚ܍۾ = ܠ܉ܕ‬í‫ ∗ ܛ ∗ ܗܚܜ܍ܕ‬ો‫ܕ ∗ ܜ‬ ሺ2.12ሻDonde: • El espesor está definido como s. • σt es la resistencia a cortadura en Kg/mm2. (Tabla 2.5). • m es la relación entre los diámetros, donde m es 1 en todas las embuticiones excepto en la última embutición, por tanto donde (d/D = Kn) (m=1) y donde (d/D = 1) (m=0) y d/D sigue una progresión lineal. Material σt Laminado (kg/mm2) σt Recocido (kg/mm2) Acero 0.1 %C 32 25 Acero 0.2 %C 40 32 Acero 0.3 %C 48 35 Aluminio 13 - 15 6–7 Bronce 40 – 60 32 – 40 Cobre 25 - 30 18 – 22 Latón 35 - 40 22 - 30 Tabla 2.5 valores de σt en función del material utilizado. Figura 2.8 Parámetros en la embutición. 172
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA.2.7 Troquelado o punzonado.Consiste en agujerear o recortar una banda de chapa por medio de un útil quecorta por presión. Si el trozo recortado de la chapa es la pieza que aprovechamosdecimos que hacemos un recorte. Si el trozo que agujereamos en la chapa es elresiduo entonces hacemos un agujero. La operación de recortar se denomina cortemientras que la de agujerear se denomina punzonado.Los diámetros de los agujeros troquelados son como mínimo 0.8 veces el espesorde la chapa por lo que utilizaremos otros métodos para agujeros más pequeños.2.7.1 Descripción del proceso de troquelado o punzonado.En el proceso se puede diferenciar 4 etapas, estas son: 1. El punzón y la parte móvil de la matriz permanecen estáticos en el punto muerto superior, mientras que en la parte inferior se posiciona una chapa .. 2. El punzón inicia la carrera de descenso, hasta hacer contacto con la chapa e iniciar el proceso de troquelado. 3. Al final de la carrera de descenso el punzón alcanza el punto muerto inferior, y la pieza troquelada, y por tanto el residuo o la pieza, según el caso, cae a un depósito. 4. Después del troquelado, la parte superior o móvil de la matriz retrocede hasta alcanzar el punto muerto superior.2.7.2 Herramientas en el troquelado o punzonado.El útil de la troqueladora consta de un punzón y de una matriz de acero especialrectificado. Estos elementos se fijan a una prensa balancín o excéntrica. La matrizse fija a la bancada y el punzón a la parte móvil de la prensa. Realmente el punzónno va unido directamente a la prensa. El punzón se fija a una placa que sedenomina portapunzones y que va unida a la parte móvil de la prensa por unmango situado en el centro de presiones de los punzones. El material de lasmatrices suele ser de acero templado.Se puede diferenciar los siguientes componentes: • Punzón. • Prensa-chapas • Matriz: útil donde se apoya la chapa. El agujero tiene una parte que es la que corta la llamada zona de vida (A) cuya longitud es de 3 a 173
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA ARA BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PL O PLÁSTICA. 4 mm si trabajamos con chapa hasta de 1.5 mm de espesor y de 4 a 8 mm para espesores mayores. A partir de la zona de vida el agujero es cónico con α entre 0.25º y 2º para facilitar el desprendimiento del material sobrante. Figura 2.9 Útil de embutición. 1. Chapa. 2. Prensa chapas. 3. Punzón. 4. Matriz.2.7.3 Parámetros de corte en el troquelado o punzonado.Para calcular el esfuerzo total en el troquelado debemos saber las fuerzas que troqueladocomponente dicha operación, esta fuerzas se expresan en la siguiente figura(Figura 2.8). Figura 2.8 Fuerzas en el troquelado.Por tanto podemos definir la fuerza total como ( (Ecuación 2.10): ۴‫܂܆۳۴ + ۴ = ܂‬ ሺ2.13ሻDonde: • F es la fuerza de troquelado, y está definida por la siguiente ecuación (Ecuación 2.1 Ecuación 2.14): ۴ ൌ ‫ כ ܛ כ ܗܚܜ܍ܕܑܚ܍ܘ‬ો‫ܓ כ ܜ‬ ሺ2.14ሻ 174
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA ARA BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PL O PLÁSTICA. - S es el espesor de la c chapa. - σt es la resistencia a la cortadura. - K es el coeficiente de seguridad. • FEXT es la fuerza de extracción de la pieza, ya que la tira de la chapa se queda enganchada al punzón y debemos hacer una fuerza suplementaria al subir el punzón mientras presiona presionamos con prensa-chapas o también denominados extractores. La fuerza de chapas extracción está definida de la siguiente forma (Ecuación 2.1 (Ecuación 2.15): ۴۳‫ ܂܆‬ൌ ሺ૛ െ ૠሻ% ۴ ‫ܑ܋ܖܝ܎ ܖ܍‬ó‫ܚ܍ܘ ܔ܍܌ ܖ‬í‫ܗܚܜ܍ܕ‬ ‫ܗܚܜ܍ܕ‬ ሺ2.15ሻ • σt es la resistencia a corta cortadura en Kg/mm2. (Tabla 2. Tabla 2.6). Mat Material σt Laminado (kg/mm2) σt Recocido (kg/mm2) Acero 0.1 %C 32 25 Acero 0.2 %C 40 32 Acero 0.3 %C 48 35 Aluminio 13 - 15 6–7 Bronce 40 – 60 32 – 40 Cobre 25 - 30 18 – 22 Latón 35 - 40 22 - 30 Tabla 2.6 valores de σt en función del material utilizado. Figura 2. Parámetros en el troquelado. 2.10 175
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA.2.8 Estirado y trefilado.Son dos procedimientos de conformación de los materiales dúctiles que se realizanestirándolos a través de orificios calibrados denominados hileras. En ambosprocesos tiene lugar desplazamiento permanente de material, producido porfuerzas deformadoras de tracción principalmente, con el consiguiente alargamientodel material. Se opera como fase intermedia o como acabado, con perfileslaminados o extruidos y generalmente en frío.Ambos procesos se reducen en realidad a uno sólo ya que su fenomenología es lamisma y es el estirado, la diferencia estriba en el fin perseguido y por tanto en sutecnología. En el estirado se pretende sobre todo efectuar reducciones de secciónpara conseguir formas o calibres determinados. En el trefilado el interés se centraen la reducción de sección, por eso el trefilado requiere más pasadas que elestirado.Estirado y trefilado se distinguen en dos aspectos principales: • En el objeto de la operación: ya que el objeto del estirado es principalmente, calibrar, endurecer con deformación o dar una forma determinada a la barra, siendo en este procedimiento el adelgazamiento del material más que el fin el medio para conseguir los fines expuestos. Además los aceros estirados mejoran su maquinabilidad y en cambio en el trefilado se pretende casi exclusivamente un adelgazamiento del material, siendo su endurecimiento y calibrado, objetivos secundarios. • En la realización de la operación: en el estirado la operación se realiza en una sola pasada, mientras que en el trefilado se adelgaza el material en varias pasadas.2.8.1 Descripción del proceso de estirado.Ya se trate de perfiles, tubos, hilos, etc. se reduce a uno de los esquemassiguientes: • El material en forma de lámina se hace pasar por un conjunto escalonado de matrices, hasta conseguir la forma definitiva. • El material en forma de barra maciza o tubo laminado en caliente, se hace pasar tirando con una fuerza determinada por el orificio de una matriz o hilera con un diámetro determinado y un ángulo determinado.Por la acción conjunta de estas fuerzas tiene lugar una deformación plásticaadoptando el material, el diámetro de la matriz y alargándose en proporción a ladisminución de sección transversal. Como es un trabajo en frío con grandes 176
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA.reducciones de sección es lógico suponer que estos no pueden conseguirse deuna sola vez, siendo necesarias varias pasadas para reducciones sucesivas. Laacritud subsiguiente a cada pasada, limita las reducciones de sección alcanzables.Una vez que se alcanza el límite de deformación sólo es posible continuar elproceso tras un tratamiento térmico. La relación de un buen estirado supone quese han de cumplir las siguientes condiciones de trabajo: • Suficiente fuerza y pulimento en la matriz. • Ángulo de abertura apropiado. En el estirado del acero varía entre 8 y 20º. • Relación correcta entre los diámetros. • Superficie del redondo libre de cascarilla. • Utilización de lubricante adecuado, para impedir el roce directo entre la matriz y el material. • Fuerza suficiente.2.8.2 Máquinas para estirar.Aunque tiene diversos diseños, el equipo de estirado presenta dos tipologíasbásicas: banco de estirado e hilera (conjunto a cuatro cabrestantes).Un banco de estirado contiene una solo matriz y su diseño se parece a unamáquina larga, horizontal, de pruebas de tensión. La fuerza de tracción se obtienede una cadena o se activa hidráulicamente. Los bancos de estirado se usan paraestirar tramos de varillas y tubos rectos con diámetros mayores de 20 mm. Lostramos pueden ser de hasta 30 m. Las capacidades de las máquinas llegan hasta1.3 MN de fuerza de tracción, con un intervalo de velocidades de 6 a 60 m/min.2.8.3 Materiales para estirado.Deberán ser dúctiles y de una resistencia perfectamente conocida, para saber encada momento el máximo esfuerzo aplicable, sin que surja la rotura.Los metales más idóneos son los aceros, latones, cobre, aluminio, magnesio y susaleaciones.2.8.4 Operaciones del estirado.El estirado de barras comprende las siguientes operaciones: • Operaciones preparatorias: son el afilado de la punta de la barra y el decapado. Para poder introducir el extremo de la barra a través del orificio, deberá reducirse su sección a un diámetro inferior a la de ésta, en una longitud de unos 25 cm que son necesarios para 177
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA. sujetar la barra a la mordaza de la máquina. A continuación se da un decapado empleando soluciones ácidas generalmente sulfúricas al 20% a una temperatura entre 30 y 60º y después se enjuagan con abundante agua. • El estirado propiamente dicho: que se realiza en los denominados bancos de estirar, formados por una robusta bancada, con una cabeza porta hilera, un carro de tracción provisto de una mordaza para sujetar la barra, y un dispositivo para desplazar el carro. El órgano fundamental del estirado, es la hilera, cuyo perfil se puede dividir en cuatro partes: - Embocadura de ángulos redondeados. - Cono de reducción, compuesto de un tronco de cono de ángulo en el vértice que varía según el material. - Sección de calibrado que es cilíndrica y es donde se ajusta bien el diámetro de la barra y se pule su superficie. - Cono de salida, que es otro tronco de cono de ángulo 30º • Operaciones de acabado: como el corte, recocido, enderezado y pulido.2.8.5 Trefilado.Se conoce con este nombre la serie de operaciones que se realizan para reducir eldiámetro de los redondos, laminados previamente en frío o en caliente. Seconsideran tres grupos de diámetros: • Mayores de 12 mm. • Entre 12 y 6 mm. • Menores de 6 mm.El trefilado propiamente dicho, se considera para diámetros menores de 6 mm. Seaplica para la fabricación de alambres a partir de aceros al carbono de hasta 1,6%de carbono. Como ejemplos típicos son los alambres para muelles, cuerdas depincho, agujas de coser, alfileres, etc.Con aceros martensíticos se hacen resortes, cercas, redes, clavos, etc. Tambiénse utiliza mucho el cobre, al latón y el cinc.Los filamentos de muchas lámparas incandescentes se obtienen de wolframiotrefilado, utilizando matrices de diamante. 178
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA.2.8.6 Máquinas de trefilar.El trefilado se realiza en máquinas de trefilar, que están compuestas de treselementos principalmente: • Devanadera; que es donde se coloca el rollo de redondo. • Hilera de acero al cromo o de vidia, y para grandes reducciones de diámetro se emplean las de diamante. • Bobina de arrastre, que estira el alambre.La velocidad de trefilado, depende del material y de la reducción impuesta, puedellegar hasta los 1500 m/min.2.8.7 Operaciones del trefilado.Las operaciones son muy similares a las del estirado, están las operacionespreparatorias, después el trefilado propiamente dicho y finalmente las operacionesde acabado que son: el corte, recocido y pulido, y revestimiento superficial.Las operaciones básicas es el trefilado de alambre, ya que es una operación demuy alta aplicación en la industria debido a la extensa gama de productosderivados del alambre se puede citar: • Los alambres para ataduras y fabricación de muelles. • Alambres conductores de cobre, aluminio, bronce, acero galvanizado. • Cables trenzados. • Clavos y tornillos. • Telas metálicas. • Agujas y alfileres. • Ejes de aparatos de medida, ejes para relojería , radios de bicicleta. • Filamentos de lámparas eléctricas, etc.2.9 Otras operaciones.Estas operaciones definidas a continuación son procesos menos utilizados o enalgunos casos son aplicaciones particulares de algunas de las operaciones vistaanteriormente. 179
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA.2.9.1 Estampado por impacto.Se utiliza para embuticiones poco profundas de piezas grandes. En vez de prensarse impacta con una estampa sobre la chapa por lo que la prensa puede ser menospotente que la que se necesitaría para embutir prensando.2.9.2 Conformación por explosión.Se deforma una chapa contra una matriz por la presión producida por una cargaexplosiva como la amonita en un líquido. Se utiliza en pequeñas series.2.9.3 Entallado.Es un caso particular de la embutición, donde se utiliza un molde unido a un eje derevolución. Se utiliza para la embutición de pequeñas series a bajo coste. Serealiza la deformación de un disco de chapa sobre un molde giratorio aplicandouna presión localizada mediante una herramienta. Figura 2.11 Proceso de entallado.2.9.4 Conformado electrohidráulico.Se fundamenta en una descarga eléctrica que empuja a la chapa contra la matrizmediante un medio fluido. 180
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA.2.9.5 Estampación con matriz flexible e hidroconformado.La estampación en matriz flexible es un proceso de conformación de chapasmetálicas en las que hay una sola matriz rígida y una membrana flexible bajo laacción de un líquido a presión. Al empujar con una fuerza uniforme la membranaflexible, está adapta la chapa contra la matriz rígida y forma la pieza.Al descomprimir el líquido la membrana vuelve a su posición inicial y se retira lapieza. Con este método se consiguen tolerancias estrechas y bajos coste paraseries pequeñas.Para series largas en las que se requiera un punzón se utiliza el hidroconformado.En este sistema no hay membrana y la presión hidrostática se aplica sobre lamisma chapa. 181
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA.3 DEFORMACIÓN PLÁSTICA EN CALIENTE.A las temperaturas a las que se realiza el trabajo en caliente no solo es menor laenergía necesaria para deformar el metal, y mayor la facilidad para que fluya sinagrietarse.Las sopladuras y rechupes internos se eliminan por soldaduras, las estructuras encolumna por la recristalización y mejoran la ductilidad y la tenacidad.El trabajo en caliente presenta también desventajas: • Ordinariamente el trabajo en caliente se realiza al aire y se pierde una considerable cantidad de metal por oxidación. • Suele provocarse la descarburación del acero y es frecuente necesitar de un mecanizado extenso para eliminar las capas descarburadas. • La incrustación del oxido impide obtener buenas terminaciones superficiales. • Hay dilataciones y contracciones a las que hay que poner tolerancias, lo cual impide obtener una producción homogénea tal como se obtiene en el trabajo en frío. • La deformación es más intensa en la superficie por lo que allí el grano es más fino • En el centro el grano es más grande debido a que tarda más para enfriarse hasta la temperatura ambiente que la superficie.El límite superior de trabajo está determinado por la temperatura a que se producela fusión incipiente y suele tomarse una temperatura en 100 ºC bajo del punto defusión, para evitar la fusión en regiones segregadas que tienen punto de fusiónmás bajo. Basta una delgadísima capa de constituyentes de bajo punto de fusiónen limite de grano para que el material se desmenuce en trozos al ser deformado(fragilidad en caliente que produce quemado del metal)Cuanto mayor la deformación, el material pierde más calor por conducción,convección y radiación, aunque gana por trabajo de deformación pero en definitivaresulta una más baja es la temperatura de trabajo en caliente.3.1 Forja.Se entiende por forja la deformación por golpeteo de un material colocado entrematrices. Éstas a menudo, son componentes de prensas de gran tamaño capacesde ejercer una presión enorme y pueden obtenerse piezas tan complejas como lasalas de un avión. 182
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA.3.1.1 Proceso de la forja.Se acepta comúnmente que la capacidad para deformar metales se basa en lanaturaleza del enlace metálico. En este tipo de enlace los átomos del metalcomparten electrones externos y los enlaces pueden situarse muy próximos unosa otros un disposiciones cristalinas regulares tridimensionales. La presencia enestas estructuras de dislocaciones o imperfecciones en la disposicióntridimensional posibilita que planos compactos de la red cristalina se deslicen a lolargo de direcciones de máximo empaquetamiento.La deformabilidad relativa de los diferentes metales depende en alto grado de lafacilidad con que pueden generarse las dislocaciones para deformar el metal sincausar su rotura o sin introducir en él otro tipo de defectos.3.1.2 Descripción del proceso de forja.La forja se realiza con tres fases: 1. Calentamiento: Se ha de realizar teniendo en cuenta que el metal cuando empiece el proceso de deformación, debe hallarse a la máxima temperatura posible, pero sin alcanzar al punto de fusión del constituyente que lo tenga más bajo. También hay que considerar que durante la deformación, se comunica energía mecánica a la pieza como consecuencia de choque del martillo, provocando un sobrecalentamiento, si las circunstancias en que se realiza la forja son tales que se dificulta el enfriamiento a causa de la rapidez, como es la forja con martinete. Por otra parte si la forja se prolonga más del tiempo debido puede tener lugar un enfriamiento excesivo hasta sobrepasar descendiendo la temperatura de recristalización. La forja en caliente requiere el mínimo de energía en el forjado y produce la máxima deformación, pero al forjar cuesta controlar las dimensiones del producto ya que el metal no se contrae uniformemente cuando se enfría de ahí que la forja se realice a menudo a temperatura ambiente, aunque la deformación del metal es algo menor. Otros factores a considerar son la velocidad de calentamiento y la atmósfera en el horno. 2. Deformación: La deformación producida en la forja es debida a esfuerzos de los golpes, esta fuerza necesaria para la deformación es denominada “carga de forja” y se deduce para un metal en particular, por la compresión de probetas cilíndricas entre matrices planas y paralelas bien lubricadas. A temperatura de trabajo en frío las tensiones son elevadas y esto se debe a la dificultad de mover las dislocaciones a través de la red ya que éstas se multiplican 183
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA. rápidamente conduciendo a un endurecimiento por trabajo y los límites de deformación son bajos. Cuando se trabaja en caliente los niveles de tensión son más bajos ya que la energía térmica ocasiona grandes fluctuaciones de los átomos con las redes cristalinas, de los granos del metal alrededor de sus posiciones de equilibrio. La estructura de un metal puede cambiar tan drásticamente durante el trabajo en caliente, que el resultado es un ablandamiento que puede ocasionar una exagerada deformación no uniforme. La deformación también depende del tamaño de los granos, un tamaño de grano grande es difícil de forjar. En una operación de forja real, la carga y la presión de forja depende marcadamente de la fricción entre las matrices y la pieza de trabajo, así como del límite de fluencia del metal de la pieza. Bajo condiciones de lubricación perfectas la presión requerida para forjar una muestra cilíndrica es uniforme e igual al límite de fluencia del material. 3. Enfriamiento: Se produce constantemente desde que sale la pieza del horno para ser forjada. Este enfriamiento no puede ser brusco para evitar grietas por contracciones rápidas. Durante la forja el enfriamiento tiene lugar por radiación al ambiente o por conducción a la matriz o estampa. Si la forja es con martinete, la pieza está menos tiempo en contacto con la matriz que cuando se trabaja con una prensa por tanto el enfriamiento es menos rápido. Influye considerablemente el tamaño de la pieza, ya que las piezas grandes se agrietan con más facilidad que las pequeñas a causa de las tensiones que se originan por la desigualdad de enfriamiento entre la periferia y el núcleo. Una vez terminada la forja el enfriamiento puede hacerse al aire, pero si el material es delicado como sucede en muchos tipos de aceros hay que dejar enfriar la pieza en el mismo horno o en un lecho de cenizas para evitar las pérdidas bruscas de calor.3.1.3 Temperatura de forja.Las temperatura a la que deben calentase los metales y aleaciones en la forja,están comprendidos para cada material, entre una temperatura mínima y otramáxima. Estas temperaturas están condicionadas por la de recristalización, estaúltima temperatura a la que ocurre la reorganización del cristal, la formación delgrano nuevo, por lo tanto en el caso de los aceros, es igual a la temperatura deaustenización (721 ºC). 184
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA.La temperatura mínima siempre debe ser superior a la de recristalización, ya quepor encima de esta temperatura, los metales pueden deformarse significativamentey con pequeños esfuerzos, si que este se endurezca por acritud.La siguiente tabla (Tabla 3.1) muestra las temperaturas de forja en función delmaterial. Material Temperatura Acero al Carbono 850 ºC a 1050 ºC Bronce 800 ºC a 900 ºC Latón 600 ºC a 700 ºC Aluminio 350 ºC a 500 ºC Magnesio y sus aleaciones 350 ºC Tabla 3.1 Temperaturas de forja.3.1.4 Efectos que produce la forja.Con la forja se realizan dos clases de trabajos: • Piezas acabadas a las que por forja se les ha dado su forma definitiva. • Piezas de desbaste: a las que por forja se les da una forma aproximada y se terminan por mecanizado.Con la forja se logra una positiva mejora en las propiedades mecánicas de losmetales y aleaciones, como consecuencia del afine de grano, de la orientación dela fibra y de la disminución de sopladuras. • Afino de grano en la forja: Durante la forja entran en juego dos efectos complementarios, la deformación plástica de los cristales y la subsiguiente recristalización. La consecuencia lógica tiene que ser un grano más fino, pero en este proceso influye por un lado la temperatura de cohesión y de otro la velocidad de deformación. El efecto final dependerá de estos dos factores con las siguientes posibilidades: - Forja realizada de forma violenta (por choques) a temperatura inferior a la de equicohesión. Produce principalmente efectos transcristalinos, que trituran el grano y lo afinan. 185
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA. - Forja realizada de forma lenta (por prensas) a temperatura inferior a la de equicohesión, y que produce principalmente efectos intercristalinos que deforman el grano sin afinarlo. • Orientación de la fibra: La fibra que se produce en la forja por aplastamiento y alargamiento de las inclusiones e impurezas que contiene el metal hacen variar sus propiedades mecánicas mejorándolas en la dirección de la fibra y empeorándolas en dirección perpendicular. Esto es debido a que en las secciones del metal perpendiculares a la dirección de la fibra hay un porcentaje de impurezas inferior al que había antes de la forja. En cambio en las secciones paralelas el porcentaje es superior. Por esto, en metales con muchas impurezas, debe orientarse la fibra de manera que coincida con la dirección de los máximos esfuerzos. • Eliminación de cavidades, sopladuras, poros, etc.: Las altas presiones a las que se somete el material producen siempre una condensación del mismo, de modo que por este medio se consigue la desaparición de poros, sopladuras, burbujas, etc., siempre que las paredes de estas oquedades no estén oxidadas porque se produciría un resquebrajamiento interior con una soldadura imperfecta.3.1.5 Defectos de la forja.En la forja se pueden producir cuatro clases de defectos: • En el momento de la forja aparecen inclusiones de cuerpos extraños. • Ausencia de material en algunas zonas de la pieza. • Aparición de pliegues. • Presencia de gritas producidas por un aumento exagerado de la temperatura, por un sobre-esfuerzo local o por un inadecuado forjado.3.1.6 Materiales forjables.Puesto que el trabajo de forja está basado en la aptitud para la recristalización y elcrecimiento de los granos, sólo se podrán trabajar así los metales que cumplanesta doble condición. Por tanto serán forjables como metales puros el aluminio, elcobre, el hierro, el titanio y el cinc.Son forjables como aleaciones las formadas por una o varias soluciones sólidas detodas ellas, lo más importante es el acero no aleado, o simplemente aleado, ya que 186
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA.los aceros altamente aleados exigen en su mayoría grandes esfuerzos lo cual esun inconveniente en las matrices en cuanto a su duración.Son también forjables las aleaciones de aluminio con cobre, magnesio, cinc ymanganeso; las de magnesio; los bronces y latones y hasta las aleaciones decobre-silicio.3.1.7 Máquinas utilizadas para la forja.Se diferencia dos máquinas: • Máquinas para calentar. • Máquinas para forjar.Las máquinas para el calentamiento del material se usan para calentarlentamente el material para que así toda ella alcance una temperatura uniforme yevitar que se produzcan tensiones interna. Por otra parte no se debesobrecalentar.Los hornos utilizados para calentar las piezas son: • Fraguas utilizadas para bajos número de piezas y sobre todo pequeñas y de poca responsabilidad. Son hornos abierto en los que se quema carbón provocando su combustión por medio de aire inyectado por una tobera. • Hornos de reverbero: se utilizan para piezas que van a ser forjadas a máquina. El combustible está en el hogar y las llamas de su combustión camino hacia la chimenea calientan la bóveda. El calor acumulado por la bóveda reverbera se transmite a las piezas situadas debajo de ella y sobre la solera. Figura 3.1 Horno de reverbero. 1. Chimenea. 2. Piezas. 3. Bóveda. 4. Hogar.Las máquinas para forjar se pueden dividir en dos categorías: 187
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA. • A mano: no se utiliza ningún medio mecánico para forjar. • A máquina: se utiliza una máquina para realizar el trabajo.La forja manual es un método que actualmente no se utiliza pero nos sirve defundamento para estudiar la forja mecánica.Las herramientas utilizadas en este proceso son: • Herramientas de apoyo: yunque y bigornia. • Herramientas de golpeo: Martillo y mazas. • Herramientas de manipulación: Tenazas. • Herramientas auxiliares: Punzones, claveras, asentadores, estampas, etc.Las operaciones usuales de la forja manual son las siguientes: • Estirado: aumentar la longitud de la pieza reduciendo su sección. • Degüello: producir un cambio de sección brusco. • Estampado: el material se coloca entre dos estampas y se obliga a la pieza a adquirir la forma de su contorno interior. • Curvado y doblado: deformar la pieza según un ángulo redondeado. • 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 • Corte: utilización de la tajadera para cortar • Torcido: 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 buenaEn la forja mecánica se utiliza los Martinetes o martillos: estos aplican esfuerzosmediante golpes sucesivos. Su acción es más superficial por lo que suele utilizarsepara piezas pequeñas o de poco espesor. Los martinetes que nos podemosencontrar pueden ser de distintos tipos: - Hidráulicos. - Mecánicos. - Neumáticos. - De vapor. 188
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA.3.2 Estampación en caliente.Es una operación dentro de la forja mecánica que consiste en someter al material auna presión con una prensa, que previamente hemos puesto entre dos moldes deacero denominados estampas.Normalmente, las estampas quedan formadas por dos piezas, el martillo (lasuperior) y el yunque (la inferior). La estampa superior se fija a la corredera de laprensa y la inferior a la mesa. Las estampas son bloques de acero que suelentener una forma inversa de la pieza. Tienen diversos sistemas de acoplamiento.3.2.1 Máquinas utilizadas para la estampación en caliente.En el proceso de estampación en caliente se utiliza la denominas prensas dondese aplica esfuerzos por presión de forma continua y progresiva. Producirádeformaciones iguales en toda la pieza incluso en las partes internas por lo que seutiliza en piezas grandes o de gran espesor. Los tipos de prensas que nospodemos encontrar: - De fricción. - Excéntricas. - Hidráulicas.La operación principal de las prensas es el estampado o forjado con estampas, esdecir deformar el material obligando a adaptarse a un molde o matriz metálica.Las estampas deben cumplir las siguientes características: • Resistencia a la compresión. • Resistencia al choque. • Resistencia al desgaste. • Resistencia a las temperaturas elevadas.El material utilizado en la fabricación de las estampas es el acero aleado, que unavez construidas estás deben someterse a tratamientos térmicos.El ciclo de trabajo de este proceso se realiza en cortas etapas a partir de unproducto semielaborado, con el que se obtiene una preforma según sea la formadefinitiva de la pieza a fabricar, con la que se ha de procurar guarde ciertaanalogía. 189
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA ARA BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PL O PLÁSTICA.La necesidad de forjas parciales intermedias sobre todo de formas complicadas, sehace para conseguir una mejor distribución del material, hasta llegar a la piezafinal.Constan de dos partes:La superior, que se sujeta al pilón (martillo) del martinete o a la maza de la prensay la inferior que se fija a la mesa de trabajo trabajo.El hueco para el material, está grabado parcialmente en cada una de las rial,estampas. Figura 3.2 Estampa para la forja. 1. Estampa superior. 2. Canal. 3. Rebaba. 4. Línea de separación. 5. Estampa inferior.3.2.2 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 preforma. material que ponemos en la estampa. Cuanto más se aproxime a la pieza, mejor. • Distribución de la pieza en las estampas. Cuando la piez tiene pieza 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 p 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). 190
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA. • 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.3.3 Extrusión.Es un proceso realizable en caliente y en frío y en el que mediante un émbolo opunzón se presiona el material obligándole a salir o fluir por el orificio de unamatriz, la cual da su forma a la pieza.Como en los anteriores procesos su aplicación presupone la fabricación de un grannúmero de piezas3.3.1 Descripción del proceso de extrusión.La extrusión es un proceso de deformación plástica de un lingote de metalprecalentado que fluye por compresión a través de una matriz de acero o cerámicacon una abertura cuya área de sección transversal es más pequeña que la dellingote.El proceso de extrusión se puede utilizar para producir perfiles, barras y varillasmacizas a partir de tochos macizos que fluyen a través de matrices planas. Lostubos y secciones huecas se pueden producir por extrusión a través de matricestipo “ojo de buey” o “puente” (para ciertas aleaciones).Los tubos sin costuras y las secciones huecas se deben producir, o bien conlingotes huecos o con lingotes macizos utilizando un sistema de mandril y prensaperforadora.Hay dos métodos principales de extrusión. • En la extrusión directa, el lingote precalentado se coloca en la parte caldeada de la prensa denominada el contenedor. Aquí, el lingote es empujado a través de la matriz por la presión del ariete. El flujo de metal sigue la misma dirección que la carrera del ariete. Durante este proceso, el lingote se desliza con relación a las paredes del contenedor, dando como resultado un incremento 191
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA. necesario de la presión del ariete para superar la fricción entre la superficie del lingote y el forro del contenedor. No todo el lingote de aluminio es extruido. Un porcentaje del lingote comprimido, denominado mazarota o despunte, queda al final del ciclo de extrusión. Este es expulsado de la prensa durante su funcionamiento de ciclo inactivo y se “recicla” en un momento posterior. El perfil extruido se transfiere a continuación al sistema de manipulación de la prensa para su tratamiento adicional. • Extrusión indirecta, la matriz colocada en el extremo frontal de un vástago hueco se mueve con relación al contenedor. La matriz es o bien empujada a través del contenedor o el contenedor es empujado sobre la matriz. No hay ningún desplazamiento relativo entre el lingote y el forro del contenedor. Por lo tanto, una ventaja del proceso de extrusión indirecta es que no hay fricción, durante el proceso, entre el lingote y el forro del contenedor. El flujo de metal es más uniforme durante la extrusión indirecta que la directa. Esto se debe normalmente a una mejor uniformidad de la sección a lo largo de su longitud. Al igual que ocurre durante la extrusión directa, se produce una mazarota/despunte que se trata de la misma manera. El perfil extruido es transferido a su vez al sistema de manipulación de la prensa.Figura 3.3. Partes de una máquina de extrusión. 1. Cuerpo principal. 2. Embolo. 3. Punzón. 4. Disco de prensado. 5. Lingote. 6. Contenedor. 7. Matriz. 8. Contramatriz. 9. Portamatriz. 10. Cabezal fijo. 11. Perfil extruido. 192
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA.3.3.2 Máquinas para extrusión.El equipo básico para extrusión es una prensa hidráulica horizontal. Esas prensasson adecuadas para la extrusión porque se puede controlar la carrera y lavelocidad de la operación. Pueden aplicar una fuerza constante durante unacarrera larga, y en consecuencia se puede usar la palanquilla larga para aumentarla capacidad de producción.3.3.3 Metales y aleaciones extruidos.Se emplea para el conformado de gran número de metales y aleaciones, comoplomo, estaño, cinc, cobre, aluminio, magnesio, níquel y sus aleaciones. Tambiénaceros dulces, inoxidables refractarios y en menor proporción con la plata, platino,titanio, molibdeno, uranio y circonio.De todos estos, con el que mejor se trabaja es el plomo que fue el primer metal delque se fabricaron tubos.3.3.4 Defectos de las extrusiones.De acuerdo con la condición del material y las variables del proceso, los productosextruidos pueden desarrollar varios defectos que pueden afectar en formaapreciable su resistencia y su calidad. Algunos defectos son visibles a simple vista;otros sólo se pueden descubrir con técnicas especiales. Hay tres defectos deextrusión principales: agrietamiento de la superficie, tubos y agrietamiento interno. • Agrietamiento de la superficie: si la temperatura, la fricción o la velocidad de extrusión es demasiado alta, las temperaturas superficiales suben de forma apreciable, y esta condición puede causar agrietamientos y desgarramiento de la superficie (grietas tipo abeto o agrietamiento a alta velocidad). Esas grietas son intergranulares y suelen deberse a la fragilidad en caliente. Estos defectos suceden en especial con aleaciones de aluminio, magnesio y cinc, aunque también evitarse bajando la temperatura del lingote y la velocidad de extrusión. También puede haber agrietamiento superficial a temperaturas menores, lo que se ha atribuido a adhesión periódica del producto extruido a lo largo de la cara del dado. Cuando el producto que se extruye se pega a la cara del dado, la presión de extrusión aumenta rápidamente. Poco después, el producto avanza de nuevo y se descarga la presión. El ciclo se repite en forma continua y se producen grietas periódicas circulares en la superficie. • Tubo: el patrón de flujo característico de la extrusión tiende a desplazar óxidos e impurezas superficiales hacia el centro del 193
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA. lingote, casi como un embudo. Este defecto se denomina defecto tubo, y también tubo de escape o cola de pescado. Hasta la tercera parte de la longitud del producto extruido puede contener este defecto, y debe cortarse y desecharse. El tubo se puede reducir al mínimo modificando el patrón de línea de flujo para formar una más uniforme. Otro método es maquinar la superficie de la palanquilla antes de la extrusión, para eliminar la costra y las impurezas superficiales. • Agrietamiento interno: el centro del producto extruido puede desarrollar grietas, que tienen diversos nombres: grieta central, reventón central, fractura en forma de punta. Se atribuyen estas grietas a un estado de esfuerzo de tensión hidrostática en la línea central, en la zona de deformación del dado. La tendencia al agrietamiento central aumenta al incrementarse el ángulo del dado y la concentración de impurezas, y disminuye al aumentar la relación entre la extrusión y la fricción.3.3.5 Aplicaciones de la extrusión en caliente.Se emplea para la obtención de gran variedad de perfiles y piezas, debido a lasencillez de la operación, a la rapidez, bajo coste cuando se trata de seriesdiscretas de piezas, y a las excelentes características del material extruido,similares a las obtenidas por forma como son: el grano pequeño equiaxial,disminución de sopladuras, dendritas y segregaciones y por tanto elevada carga derotura y buena resistencia mecánica.Por extrusión se obtienen toda clase de perfiles como pueden ser angulares, en T,en dobles T, tubos redondos, irregulares, con aletas, con nervios, molduras decualquier forma, etc.3.4 Laminación.Es un proceso de conformación plástica en el que el material fluye de modocontinuo en una dirección preferente mediante fuerzas de compresión ejercidas alpasar el metal entre dos cilindros y el metal.Bajo la acción de las fuerzas de compresión al material a laminar experimenta através del continuo proceso de recalado un alargamiento en sentido longitudinal,así como un ensanchamiento y con ello una disminución de sección. Se puederealizar en caliente o en frío, siendo la frontera la temperatura de recristalización,pero se ha impuesto la denominación de laminación en caliente si es por encimade la temperatura de recristalización. 194
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA. Figura 3.3 Laminación.3.4.1 Descripción del proceso de laminación.El material de partida son lingotes fundidos, de sección cuadrangular, rectangular yoval.Los lingotes en bruto son laminados para hacer semiproductos terminados comopueden ser la palanquilla o la pletina o productos terminados como perfiles ocarriles.La temperatura a la que se trabaja es la de forja por tanto la deformación noproduce acritud y se pueden obtener grandes reducciones de espesor. Los granoscristalinos sufren una deformación y como durante el paso por entre dos cilindrosel material recristaliza al salir de ellos el grano es menor, ya que la temperatura noaumenta.La fluidez del material por la gran presión crea una estructura fibrosa, eliminándoseasí las sopladuras y las faltas de homogeneidad con la consiguiente mejora de lascaracterísticas mecánicas.Uno de los inconvenientes es la oxidación superficial que se produce y la inevitableformación de cascarilla lo cual impide operar con pequeñas tolerancias.3.4.2 Máquinas utilizadas en la laminaciónTodos los procesos de laminación se realizan en una unidad elemental o en untren de laminación, formado por el acoplamiento de varias unidades. La unidadelemental está constituida como mínimo por un par de rodillos, situados en unbastidor adecuado de manera que puedan realizar la función de girar, presionar ymodificar la distancia entre sus ejes. A este conjunto se le llama caja.Como el equipo a emplear depende del tamaño, forma y reducción del productofinal, estos factores serán los que determinen la unidad de laminación másconveniente. 195
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA.Al clasificar los laminadores hay que tener en cuenta dos factores: • su reversibilidad • su capacidad de reducción de espesores.Se denomina pasada, al paso del metal a laminar a través de un par de cilindros.Se distingue pasada plana, cuando después de una pasada sigue otra pasada enla misma posición, y pasada de canto, que es la laminación en sentido delensanchamiento resultante de la pasada plana, y se consigue girando el material alaminar 90º. Los laminadores se denominando de múltiples maneras, según elmaterial a laminar o los productos terminados, así se pueden distinguir: • Trenes de desbastes, pesados, medios y ligeros. • Trenes de semiproductos, como perfiles, vigas, carriles, barras, alambre y de chapa.Según la disposición de los cilindros de laminación se distinguen: • Tren laminador dúo; que puede ser: - Sencillo. - Reversible. - Irreversible. - Doble dúo. - Dúo universal.Todos estos con laminadores de dos cilindros. • Trenes trío de calibrador y laminador universal trío. • Trenes de laminación de cuatro cilindros. • Trenes especiales.3.4.3 Metales y aleaciones laminados.Se emplea para el conformado de gran número de metales y aleaciones, comoplomo, estaño, cinc, cobre, aluminio, magnesio, níquel y sus aleaciones. Tambiénaceros dulces, inoxidables refractarios y en menor proporción con la plata, platino,titanio, molibdeno, uranio y circonio.3.4.4 Defectos en el laminado.Se pueden distinguir tres defectos muy usuales en la laminación, estos son: 196
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA. • Efectos de la carga de laminado: es esencial en los procesos de deformación de metales que la herramienta esté cargada sólo en forma elástica mientras la pieza de trabajo fluye plásticamente. Esta deformación elástica es, por lo general, tan pequeña que puede ignorarse, pero éste no es el caso en el laminado. Existen dos razones. Una es que las cargas y esfuerzos de laminado pueden ser muy grandes, especialmente cuando la pieza de trabajo es delgada y endurecida por trabajo. • Aplastamiento de los rodillos: la pieza de trabajo pasando entre un par de rodillos es comprimida por el esfuerzo radial aplicado a ella, pero la reacción es transferida a la carcasa y a los rodamientos, los cuales tienen una cesión limitada debido a sus grandes dimensiones. Si se intenta comprimir materiales delgados y duros, la reacción se vuelve tan grande que los rodillos se deforman elásticamente y el radio de curvatura del arco de contacto es aumentado. La extensión de este aplastamiento depende de la magnitud del esfuerzo de reacción y de las constantes elásticas de los rodillos. • Flexionado o combadura de rodillos: Los trenes del tipo de cuatro rodillos, agrupado o Sendzimir han sido desarrollados con intención de eliminar la flexión de los rodillos, ya que cualquier deflexión da lugar a que el metal producido sea más grueso en su centro que en sus orillas. Mientras que esto sea posible, tal forma resultará en un producto fuera de tolerancia de calibre, el problema mayor es la pérdida de forma. El metal se alarga más en sus orillas que en su línea de centro, Esto sólo puede ser acomodado por plegado o arrugado. Una vez que la tira de metal ha perdido su forma de esta manera, nunca puede recuperarla y debe ser desechada. Los intentos para evitar o limitar el flexionado de los rodillos involucran entre otros la disminución de la carga de laminado. Esto ha dado lugar a rodillos de trabajo pequeños y a trenes de cuatro rodillos. Pero aun con este tipo de molinos ocurre cierta flexión y ésta es arreglada abombando los rodillos, es decir, dándoles forma de barril.3.4.5 Operaciones de laminado de forma.Además de la laminación plana, se pueden producir varias formas mediante ellaminado de forma. Pasando la materia prima a través de un juego de rodillosespecialmente diseñados, se laminan formas estructurales rectas y largas, comobarra sólida, canales, vigas y raíles de ferrocarril. 197
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA. • Laminado en anillo: en el proceso de laminado en anillo, un anillo grueso se expande a un anillo de gran diámetro con una sección transversal reducida. El anillo se coloca entre dos rodillos, uno de los cuales es impulsado, y su espesor se va reduciendo al ir acercando los rodillos entre sí conforme giran. Dado que el volumen del anillo se conserva constante durante la deformación, la reducción de espesor se compensa con un incremento en el diámetro del anillo. La pieza en bruto en forma de anillo puede producirse cortándola de una placa, perforándola o cortando un tubo de pared gruesa. Mediante el uso de rodillos para anillo se pueden producir varias formas. Las aplicaciones típicas para el laminado en anillo son los grandes anillos para cohetes y turbinas, las coronas de engranajes, las pistas para bolas y rodillos de cojinetes, las bridas y los anillos de refuerzo para tuberías. El proceso de laminado en anillo se puede efectuar a temperatura ambiente o a temperaturas elevadas, dependiendo del tamaño, resistencia y ductilidad del material de la pieza de trabajo. En comparación con otros procesos de manufactura capaces de fabricar la misma pieza, las ventajas de este proceso son un corto tipo de producción, ahorros de material, estrictas tolerancias dimensionales y un flujo favorable del grano en el producto. • Laminado de roscas: el proceso de laminado de roscas es un proceso de conformado en frío en el cual se forman roscas rectas o cónicas en varillas redondas, al pasar éstas entre dos matrices para darles forma. Las roscas se forman sobre la varilla o sobre el alambre en cada carrera de un par de dados planos reciprocantes. Los productos típicos son los tornillos, los pernos y piezas similares roscadas. Dependiendo del diseño de la matriz, el diámetro principal de una rosca laminada puede o no ser mayor que el de una rosca maquinada. El proceso es capaz de generar formas similares, como ranuras y varias formas de engranaje, en otras superficies, y se puede utilizar en la producción de casi todos los sujetadores roscados a elevadas tasas de producción. En otro método, se forman las roscas con dados rotatorios a tasas de producción de hasta 80 piezas por segundo. El proceso de laminado de roscas tiene la ventaja de generar roscas sin ninguna pérdida de material (desperdicio) y con buena resistencia (debido al trabajo en frío). El acabado superficial es muy terso y el proceso induce sobre la superficie de la pieza esfuerzos residuales de compresión, mejorando por tanto la vida bajo condiciones de fatiga. 198
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA. Las roscas se laminan en los metales en condición suave, en vista de los requisitos de ductilidad. Sin embargo, posteriormente se pueden someter a tratamiento térmico y, de ser necesario, a un maquinado o rectificado final. Para metales en condición dura, las roscas se maquinan y/o se rectifican. Las roscas laminadas están disponibles en las formas de rosca estándar de más amplio uso; las roscas poco comunes o las de propósito especial, por lo general, se maquinan.3.4.6 Aplicaciones del laminado.Se emplea para la obtención las láminas a partir de lingotes de metal. Esteprocesos suele ser el inicial dentro de una cadena de fabricación, donde seutilizara la laminación como un proceso de preparación de la materia para despuésaplicarle otro tipos de mecanizado como los visto anteriormente. 199
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE III: CONFORMADO POR MOLDEO.BLOQUE III: CONFORMADO POR MOLDEO.1 INTRODUCCIÓN AL MOLDEO.El moldeo llamado también fundición o colada, es un proceso de conformaciónbasado en la fusión de los metales. Consiste en una serie de operacionesmediante las cuales se obtiene un hueco o molde de arena, metal o materialrefractario, que reproduce la forma de la pieza que se desea fabricar, en el cual sevierte o cuela el metal fundido dejándole enfriar hasta que solidificacompletamente.Como proceso tecnológico, su principal ventaja consiste en que con él se puedenfabricar con facilidad y economía piezas de forma muy complicada, como bloquesde cilindros, culatas de motores de explosión, carburadores, bancadas demáquinas-herramienta, etc. que son muy difíciles o imposibles de obtener por otrosmétodos.Permite además el empleo de metales y aleaciones que no son aptos para elconformado por deformación o soldadura, como la fundición gris. Figura 1.1 Proceso de moldeo y pieza obtenida.1.1 Operaciones fundamentales del conformado por molde.Para realizar este proceso son necesarias tres clases de operacionesfundamentales: • Operaciones de fusión: la fusión de metales y aleaciones se realizan en distintos tipos de hornos, cada uno de los cuales es adecuado para cada metal o aleación, a temperaturas 200
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE III: CONFORMADO POR MOLDEO. comprendidas entre ciertos límites mayores que una temperatura mínima, para que el metal fundido tenga fluidez y menores que una temperatura máxima para evitar el quemado del metal y la pérdida del mismo por vaporización o por oxidación. Muchas veces esta operación no se limita a la fusión del metal, sino que en ella se elabora la aleación al mismo tiempo que se funde, como por ejemplo, la fundición de hierro, en la cual se adiciona a la cuchara los elementos de aleación. • Operaciones de moldeo y desmoldeo: comprende en primer lugar la preparación del molde que puede ser de arena, metálico, etc. Para la preparación del molde de arena, hay que hacer una reproducción de la pieza que se desea fabricar, que se llama modelo. Después se coloca este modelo, en una caja de moldeo se llena de arena y se apisona fuertemente, se retira el modelo posteriormente y queda el hueco de la pieza a reproducir. A estos moldes de arena se les llama moldes perdidos, a los de materiales refractarios se les llama moldes semipermanentes y a los moldes metálicos, moldes permanentes. Una vez hecho el molde se vierte el metal fundido en una operación que se llama colada, y una vez enfriado el metal, se abre o rompe el molde y se saca la pieza, esta operación se le llama desmoldeo. • Operaciones de acabado: se procede a limpiar de arena las piezas y a romper los conductos por donde se ha metido el metal y que han quedado adheridos a la pieza, y ya queda o totalmente terminada o preparada para el mecanizado posterior.1.2 Diagrama de procesos en el conformado por moldeo.En todos los procesos de moldeo existen una serie de etapas comunes.Normalmente en una primera fase se desarrolla el diseño de los elementos delmolde. Existen muchos factores que determinan el molde como el material defabricación, el número de piezas, la calidad y precisión de la pieza, etc. A partir deltipo de molde escogido se determinarán las dimensiones de la cavidad principal,partes y tipo de molde, elementos de moldeo como pueden ser el modelo, insertos,mazarotas, sistemas de entrada de alimentación de material fundido, temperaturadel material, etc.Es muy importante que el modelista calcular cual será la velocidad de enfriamientodel material y si este llegará en condiciones a todas las partes de la pieza. 201
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE III: CONFORMADO POR MOLDEO.También en la etapa de diseño se debe tener en cuenta cualquier defecto posibledurante el proceso.Una vez diseñado el molde se procede a fundir el metal mientras se prepara elmolde. Esto consiste en fabricarlo y solo se realiza en el caso de moldesdesechables. En el caso de moldes permanentes este se fabrica una sola vez.Al salir del molde el resultado es un sólido que además de la piezasobredimensionada contiene los conductos de alimentación de metal y algunoscasos otros elementos como puedan ser mazarotas. Es preciso cortar estas partessobrantes.Es muy importante realizar una inspección ya sea visual o por rayos X paradespreciar o reciclar las piezas defectuosas antes de realizar cualquier otraoperación.Dependiendo del uso de la pieza esta debe tratarse térmicamente para mejorar suspropiedades mecánicas.Tras la anteriores etapas la pieza debe finalizarse mediante un mecanizado y elalgunos casos debe tratarse químicamente para conseguir un efecto anti-corrosióno de embellecido.Una vez descrita las distintas etapas, el diagrama de procesos puede ser elsiguiente. Operaciones en arena auxiliares (transitoria) Operaciones finales: Proyecto y Ejecución del Preparación Colada Limpieza de diseño modelo de núcleos superficie. Inspección. Mecanizado. Operaciones en coquilla eventuales (permanente) 202
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE III: CONFORMADO POR MOLDEO.1.3 Fundición.Es un conjunto de operaciones en las que para dar forma, primero vamos a fundir ydespués vamos a solidificar en unos moldes apropiados.Las operaciones de fundición son diversas, pero aparecen como fundamentales lafusión, el moldeo y, finalmente, las operaciones de acabado.En la fusión se pueden utilizar diferentes tipos de hornos y debe estar controladaen unos intervalos d temperatura.En la fusión se pueden utilizar diferentes tipos de hornos y debe estar controladaen unos intervalos de temperatura.Los procesos 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, etc). • 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.1.4 Metales o aleaciones aptos para ser conformados por fundición.Los metales y aleaciones que normalmente se conforman por fundición son las dehierro, cobre, aluminio, magnesio, cinc y aleaciones antifricción.Aunque teóricamente se pueden moldear cualquier metal, normalmente sólo semoldean las más adecuadas. Existen incluso aleaciones concebidasespecialmente para ello, como casi todas las de cobre.Las características deseables en los metales para ser conformado por moldeo sonlas siguientes: • Baja temperatura de fusión para ahorrar combustible. • Bajo calor latente de fusión para ahorrar combustible. • Baja tensión superficial para que la reproducción del molde sea perfecta. 203
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE III: CONFORMADO POR MOLDEO. • Bajo coeficiente de dilatación, en estado líquido e intervalo de temperaturas de solidificación lo más reducido posible para que la concentración del metal sea la mínima posible. • Bajo coeficiente de dilatación en estado sólido, para reducir el peligro de aparición de grietas durante el enfriamiento. • Alta colabilidad, (actitud del metal para llenar el molde). • Alta densidad para que el propio peso del metal contrarreste la falta de fluidez y la tensión superficial.1.5 Hornos para fundir metales.Los hornos son unos dispositivos que se emplean en el moldeo para suministrar almetal el calor necesario para fundirlos y sobrecalentarlos hasta la temperatura másconveniente para la colada.Los hay de diferentes formas y tamaños desde los que se emplean para fundirunos gramos hasta los que funden cientos de toneladas.En el momento de elegir el horno más adecuado para un proceso de fundicióndeben tenerse en cuenta los factores siguientes: • Cantidad de calor necesario. • Composición y temperatura de colada del metal. • Velocidad de fusión o cantidad de metal fundido por unidad de tiempo. • Grado de pureza que requiere el metal fundido. • Coste inicial del horno. • Coste básico de la operación. • Coste relativo de mantenimiento y reparación. • Disponibilidad y coste relativo de los distintos combustibles de la localidad. • Nivel de ruido y contaminación que produce en la atmósfera. • Tipo de vertidos.Podemos clasificar los hornos de fusión atendiendo a la naturaleza de la fuentecalorífica y al grado de contacto entre el metal, el combustible y sus productos decombustión en los siguientes tipos: 204
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE III: CONFORMADO POR MOLDEO. • Hornos de combustible: en este tipo de hornos los combustibles pueden ser: - Combustibles sólidos, como carbón vegetal, madera, hulla, carbón de cock (coque), antracita, etc. - Combustibles líquidos, como gasolina, gasoil, etc. - Combustibles gaseosos, como gas natural, butano, etc. El calor procede de la energía desprendida en la reacción con el oxígeno de los elementos combustibles, carbono, hidrógeno o azufre. Los hornos de combustibles podemos subdividirlos en los grupos: - Hornos en los que el metal no está en contacto ni con el combustible ni con les gases de la combustión, a este grupo pertenecen los hornos de crisol. - Hornos en los que el metal está en contacto con el combustible y con los gases de la combustión, el horno más representativo de este grupo es el cubilote. - Hornos en los que el metal está en contacto con los gases de la combustión pero no con el combustible, a este grupo pertenecen los de reverbero. • Convertidores: no son en realidad hornos de fusión, más bien pueden considerarse como hornos de afino, ya que en ellos se introduce arrabio, (producto de la primera fusión del mineral de hierro, es el hierro más o menos puro) previamente fundido y por combustión de las impurezas de carbono, silicio, manganeso se transforma en acero. • Hornos eléctricos: están basados en la transformación de la energía eléctrica en calorífica por efecto Joule. Estos hornos tienen grandes ventajas, pero su principal inconveniente es su elevado coste de este tipo de energía. Los hornos eléctricos pueden subdividirse: - Hornos por resistencia; que a su vez pueden ser metálica, no metálica o por electrodo radiante. - Hornos de arco, que emplean el arco eléctrico y pueden ser de arco directo o arco indirecto. - Hornos de inducción que pueden ser de alta, media y baja frecuencia. 205
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE III: CONFORMADO POR MOLDEO.1.6 Características tecnológicas de las piezas moldeadas.Las dos características tecnológicas que debe tener en cuenta el técnico alproyectar 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 • 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.1.7 Defectos en el proceso de moldeo.Los defectos en partes moldeadas requieren experiencia tanto para seridentificados como para ser resueltos. Los operarios con años de experiencia eninyección son los mejores maestros de identificación y solución de problemas, yaque su experiencia les da las ideas y recursos necesarios para solucionarproblemas rápidamente. Aquí se sugieren algunas de las soluciones a los defectosmás comunes en el proceso de moldeo son los siguientes: Defecto Causas posibles Probables soluciones Tiempo de enfriamiento muy corto. Incrementar el tiempo de Temperatura del molde alta. enfriamiento. Disminuir laMarcas de las Temperatura del polímero temperatura del fundido. barras demasiado alta. Rapidez de Disminuir la rapidez de eyectoras eyección demasiado alta. eyección. Modificar la Localización inadecuada de las ubicación de las barra barras eyectoras. eyectoras. 206
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE III: CONFORMADO POR MOLDEO. La temperatura es demasiado alta. Disminuir la temperatura. El color es La compuerta es demasiado Modificar la compuerta del más oscuro pequeña y se quema el polímero molde. por presión. Cargar el material más Mala dispersión del concentrado lentamente. Incrementar la Líneas de de color o del pigmento. temperatura del barril. flujo Temperatura demasiado baja. Modificar el perfil de temperaturas. Purgar el husillo. Reducir la Puntos temperatura de proceso. Hay carbonizaciones. negros Limpiar el husillo manualmente. Insuficiente material en la cavidad. Falta de material en la tolva. Inyectar más material. Cañón demasiado pequeño. Cambiar el molde a una Temperatura demasiado baja. máquina de mayor Obstrucción de la tolva o de la capacidad. Incrementar la Pieza boquilla. Válvula tapada. Tiempo temperatura del barril. incompleta de sostenimiento demasiado corto. Incrementar la velocidad de Velocidad de inyección demasiado inyección. Modificar el baja. Canales demasiado tamaño de los canales del pequeños. Respiración molde. insuficiente. Dosificación excesiva. Dosificar menos material. Temperatura de inyección muy Disminuir la temperatura de Pieza con alta. Presión de inyección muy inyección. Disminuir la rebabas alta. Tiempo de inyección muy presión. Disminuir el tiempo largo. Temperatura de molde muy de inyección. Disminuir la alta. temperatura del molde. Incrementar la presión. Presión de inyección demasiado Incrementar el tiempo de baja. Tiempo de sostenimiento de sostenimiento de presión. presión muy corto. Velocidad de Disminuir la temperatura del inyección baja. Material barril. Incrementar laRechupados y sobrecalentado. Humedad. velocidad de inyección. huecos Enfriamiento del molde no Modificar los canales de uniforme. Canales o compuerta enfriamiento del molde o el muy pequeños. Mal diseño de la flujo del agua. pieza. 207
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE III: CONFORMADO POR MOLDEO. Temperatura general muy baja en el molde. Temperatura del fundido Incrementar la temperatura. no uniforme. Presión de inyección Incrementar la presión. muy baja. Velocidad de inyección Incrementar la velocidad de Líneas de muy baja. Insuficiente respiración inyección. Modificar la unión en la zona de unión de los flujos respiración del material en el encontrados. Velocidad de llenado molde. Modificar la no uniforme. Flujo no adecuado compuerta para uniformar el del material por los canales o la flujo. cavidad. Humedad. Degradación deDegradación Secar el material. Disminuir aditivos. Temperatura demasiado por aire la temperatura. Modificar la alta. Respiración del molde atrapado respiración del molde. insuficiente.Quemado de Quemado por efecto de inyección Disminuya la velocidad de la pieza o colado. inyección. Incrementar la temperatura. Temperatura del molde demasiado Modificar las barras Fracturas o baja. Sistema de eyección eyectoras. Utilice un robot grietas en la demasiado agresivo o inadecuado. para extraer la pieza. superficie Empacado excesivo. Disminuir la presión de sostenimiento. Disminuir la temperatura de proceso. Incrementar la Piel de Incompatibilidad del material. temperatura del molde. naranja Cambiar el concentrado de color. Probar un perfil inverso de El temperaturas. Bajar la concentrado Perfil incorrecto de temperaturas. temperatura de las primerasde color no se dos zonas de la unidad de mezcla inyección. Incrementar la presión de la Flash Presión de cierre demasiado baja. unidad de cierre. Tabla 1.1 Defectos en el mecanizado por moldeo. 208
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE III: CONFORMADO POR MOLDEO.1.8 Inspección de las piezas fundidas.Los métodos más corrientes son: • Examen visual: se debe realizar inmediatamente después del desmoldeo para evitar gastos de limpieza en piezas con defectos visibles. • Control de dimensiones: con calibres especiales si la serie es grande o en una mesa de trazado si es pequeña. • Prueba de sonoridad: Se efectúa golpeando con un mazo de madera la pieza colgada de un gancho y por el sonido que emite se sabe si la pieza está rota o no. • Ensayos no destructivos: Se utilizan métodos de partículas magnéticas, líquidos penetrantes, rayos X y ultrasonidos. • Examen metalográfico: Para determinar el tamaño del grano y las microporosidades. • Ensayos mecánicos: Como pueden ser dureza, tracción, flexión, fatiga, etc… • Análisis químico: Para ver si la composición se ha mantenido dentro de los límites deseados. • Acabado superficial: Valorando el mismo con el rugosímetro. 209
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE III: CONFORMADO POR MOLDEO.2 MOLDES NO PERMANENTES.Para la confección de los moldes (desechables), se pueden emplear diferentesmateriales como: tierra sintética, arena aglomerada con aceite de lino ycatalizadores, arena revestida o una combinación de los mismos. La elección deestos materiales se determina luego de haber evaluado dimensiones, forma, pesoy cantidades estimadas a producir.El método de fundición en arena es especialmente adecuado para la obtención deformas complicadas. En muchos casos este procedimiento es la única solucióntécnica a le que se puede recurrir para moldear piezas con machos de formascomplejas.2.1 Moldeo en arena.Este proceso de moldeo reproduce la forma exterior de la pieza que se va a fundir.Se obtiene, generalmente comprimiendo arena de moldeo sobre el modelo el cualse retira después. Por tanto si el molde que con él se obtiene se llena con metalfundido, obtenemos una pieza maciza. Si ha de ser hueca, para obtener lascavidades se necesitan colocar otras piezas especiales denominadas machos onoyos que no son más que bloques macizos de arena u otro material, cuyo interiores el que queremos reproducir.2.2 Ventajas e inconvenientes del moldeo en arena.Las ventajas de este método de moldeo son las siguientes: • Amplia variedad de tamaños. • Geometrías de complejidad media. • Válido para cualquier aleación media. • Piezas sin tensiones residuales. • Económico: inversión en equipos reducida. • Para series cortas o prototipos • Rápido y flexible para series cortas o prototipos.Mientras que los inconvenientes que podemos tener son los siguientes: • Tolerancias dimensionales amplias. • Aspecto y calidad superficial pobre. • Piezas con resistencia mecánica reducida. 210
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE III: CONFORMADO POR MOLDEO. • Cierta probabilidad de defectos. • Mano de obra cualificada y especializada. • Cadencias de producción bajas (artesanal). • Almacenaje de moldes limitado2.3 Construcción de los modelos.Los modelos al no ser una reproducción exacta de la forma exterior de la pieza quese desea fundir, ya que a menudo se parecen poco, deben cumplir las siguientescondiciones: • Las dimensiones de los modelos son siempre mayores que las de la pieza, ya que hay que tener en cuenta la contracción del metal al enfriarse y solidificar. En la construcción de modelos para la obtención por fundición de moldes metálicos se debe tener en cuenta la doble contracción o sea, la del molde y la de la pieza a fundir. • Deben conocerse bien las limitaciones de la fundición y no intentar reproducir detalles imposibles de obtener directamente en el moldeo. • Deben sobredimensionarse las superficies a las que haya que darles un acabado por mecanizado posterior. • Deben preverse salidas adecuadas para extraer el modelo sin arrastrar la arena de los moldes una vez hechos éstos. A las salidas se les da un ángulo determinado conocido como ángulo de salida.Para construir los modelos se emplean unas cajas de moldeo (Figura 2.1)(demadera, acero, etc.) que contendrán la arena compactada junto al modelo. Seemplean dos cajas, la caja superior y la inferior (o de fondo). Ambas se unen conclavijas durante el moldeo. Se rellena la caja inferior con arena y se compacta. Seintroduce el modelo. El modelo está dividido en dos mitades. En este caso seintroduce la mitad del modelo. Se repite el proceso con la otra mitad, incorporandoun canal, llamado bebedero por el que entrará el metal fundido y también se dejaotro canal llamado mazarota que asegura la evacuación de los gases.Se abre el molde y se retiran los modelos. Se vuelven a unir las dos mitades sinolvidar los machos que ocupen el lugar de los huecos de la pieza final.Una vez secado el molde, se retiran las cajas de moldeo. Se vierte el metal fundidohasta rellenar el hueco originado por el modelo, dejando transcurrir el tiempo 211
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE III: CONFORMADO POR MOLDEO.necesario para que el metal solidifique. A continuación, se rompe el molde y seelimina la arena que haya quedado adherida a la pieza, incluido el macho. Figura 2.1 Cajas de moldeo.2.4 Materiales utilizados en la fabricación de modelos.A la hora de elegir un material para construir un modelo hay que tener en cuentavarios factores: • Número de piezas que se van a obtener. • Método de moldeo: (Manual o Mecánico) • Peso del modelo. • Facilidad de trabajo. • Alteración en función del tiempo y de los agentes externos: humedad, abrasión...Los materiales más utilizados suelen ser: - Madera. - Fundición de hierro. - Latón. - Aleaciones de aluminio. - Yeso. - Mercurio. - Resinas plásticas.2.5 Arenas de moldeo.Las arenas silicoaluminosas denominadas tierras de moldeo son el material quemás se emplea para la fabricación de moldes y machos. Están compuestosquímicamente por cuarzo, arcilla, cal y feldespatos. 212
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE III: CONFORMADO POR MOLDEO.El cuarzo puro es la sílice y es el principal componente de la arena, entre el 80% y90%. Constituye el armazón de la arena, ya que tiene una elevada dureza, 7 en laescala de Mohs. Tiene además una elevada resistencia a la temperatura ya queempieza a reblandecer a los 2400 ºC aproximadamente.La arcilla está compuesta fundamentalmente por silicato de aluminio hidratado yestá en una proporción del 10%. Se encuentra rodeando los granos de sílice yconstituye el material aglutinante que une a éstos y da cohesión al conjunto. Apartede sus características se le utiliza mucho porque es fácil de obtener y no escostosa.Sin embargo, cada vez más se usan arenas especiales por varias razones: • Están compuestas de materiales más complejos. • Contienen mezclas de compuestos inorgánicos. • Y aunque cuestan más ofrecen mayor estabilidad a temperaturas elevadas, que la sílice ordinaria, lo cual produce mejores superficies de las piezas fundidas.Algunas arenas especiales son: La cromita, el circonio, la estaurolita y el silicato dealuminio.Todas las arenas naturales contienen siempre un porcentaje de agua variable yque suele ser generalmente inferior al 10%, pero lo ideal es que esté comprendidoentre el 5 y el 7%. Si el porcentaje es menor al 5% la resistencia mecánica de laarena disminuye con peligro de arrastre de porciones del molde y formeinclusiones en la pieza fundida. Si el porcentaje es más alto del 7%, el volumen devapor producido dentro del molde aumentaría el riesgo de poros y sopladuras.2.6 Características de las arenas de moldeo.Los moldes realizados con arena destinados a recibir la colada deben poseer lassiguientes cualidades: • Plasticidad en estado húmedo, para reproducir con fidelidad los detalles de las piezas. • Cohesión para que el molde conserve su forma cuando se retire el modelo. • Refractariedad o capacidad para resistir la elevada temperatura del metal colado sin que se funda o vitrifique en el fondo de la pieza. • Conductividad calorífica que regula la velocidad de enfriamiento del metal en el molde y con ello su estructura. 213
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE III: CONFORMADO POR MOLDEO. • Permeabilidad o capacidad para dejar pasar a su través lo gases que se originan durante la colada. • Deformabilidad o capacidad de comprimirse para permitir la contracción de la pieza durante su enfriamiento. • Disgregarse(desunirse) con facilidad para permitir que se desaloje la pieza una vez enfriada. • Ser económica.Las arenas que más comúnmente satisfacen estas propiedades están formadaspor granos de sílice y cierta cantidad de arcilla y humedad que actuarán comoaglomerante de los mismos.Los granos de sílice hacen que la arena sea refractaría y permeable, mientras quela arcilla y humedad le comunican plasticidad y cohesión.2.7 Clasificación de las arenas de moldeo.Algunas de las clasificaciones posibles de las arenas de moldeo son las siguientes: 1. Según su origen se puede diferenciar: - Arenas naturales se encuentran en la naturaleza formando sedimentos y si e porcentaje de arcilla y sílice es el correcto se denomina tierra o arena natural de moldeo. - Arenas artificiales o sintéticas se preparan mezclando sílice, arcilla y agua. 2. Según su estructura pueden ser Redonda, angular, subangular y compuesta. Las investigaciones con arenas de fundición han mostrado que la arena angular proporciona una mayor resistencia de entrelazamiento si se apisona o compacta de forma adecuada. Los granos redondos fluyen mejor, tienen mayor resistencia de compresión y mejores propiedades de ventilación. Las propiedades de la arena subangular están entre las de grano redondo y las angulares. Las arenas compuestas no se usan con frecuencia debido a sus propiedades finales impredecibles. 214
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE III: CONFORMADO POR MOLDEO.Según su estado o al uso al que se le destinan pueden ser: • Arena verde: es cuando está húmeda con el agua imprescindible para darle plasticidad y cohesión. El moldeo en verde se utiliza fundamentalmente, para piezas de tamaño pequeño y mediano, por la economía y rapidez que supone no tener que secar los moldes. El porcentaje de humedad debe ser inferior al 8% para evitar un excesivo desprendimiento de gases durante la colada. • Arena seca o de estufa: es cuando se elimina la humedad de los moldes calentándolos. Se utiliza para fundir piezas de grandes dimensiones con formas complicadas o de elevada calidad. Sus principales ventajas son: menor tendencia a producir poro, mejor resistencia mecánica y mejor precisión en las dimensiones. Sus inconvenientes son el mayor costo, y la pérdida de tiempo en el secado. • Arena vieja o de montón: se obtiene al desmoldear las piezas fundidas, ha perdido las propiedades por la temperatura a que ha estado sometida. Se puede regenerar adicionándole arcilla o mezclándola con arena nueva. • Arena de moldeo o de cargar: Es la que está en íntimo contacto con el modelo y con el metal fundido durante la colada. Es siempre arena nueva o regenerada. • Arena de relleno: envuelve a la de moldeo y llena el resto de la caja. Se utiliza arena usada o de montón. • Arena para machos: se destina a la elaboración de los mismos y se utiliza arena extrasilícea de granos redondeados y tamaño uniforme, aglomerada con aglomerantes especiales, para machos. • Barro: Es el producto que se obtiene mezclando en molinos de cilindros, arena rica en arcilla, estiércol de caballo, paja y crines de caballo y la cantidad de agua suficiente para obtener una masa de consistencia pastosa.2.8 Aglutinante.Se utilizan para la preparación de las arenas de moldeo, así como para reforzar alas arenas, y esta manera lograr que los moldes sean resistentes y no se rompan.Estos se clasifican de la siguiente forma: • Inorgánico de tipo arcilloso: arcilla y bentonita • Inorgánico de tipo cementoso: cementos y silicatos. • Orgánico: cereales, lignina, melaza, alquitrán y aceites vegetales 215
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE III: CONFORMADO POR MOLDEO.2.9 Métodos de moldeo.Una primera clasificación sería por la forma de realizarlo: • Moldeo a mano: como su nombre indica todas las operaciones son manuales. Requieren personal muy cualificado y sólo es adecuado para obtener un número muy reducido de piezas o cuando las piezas son muy complicadas y no se puede utilizar el moldeo mecánico. • Moldeo mecánico: en los talleres de fundición de gran producción y en serie, para elaboración de moldes y machos se sustituyen los métodos manuales por el moldeo mecánico. Sus ventajas son las siguientes: - No requiere personal especializado. - Se puede utilizar de forma más racional al personal especializado, ya que se le libera de una serie de espacios auxiliares. - Posibilita que el operario adquiera con rapidez la habilidad de elaborar los moldes a máquina mientras que el aprendizaje manual es más lento. - Es posible obtener piezas de forma complicada con precisión y rapidez. - Se pueden obtener piezas con espesores muy pequeños. - Los moldes adquieren una compacidad más uniforme y resistencia más alta, con lo cual las piezas quedan mejor terminadas. - Se disminuye el número de piezas defectuosas y se mejora la calidad.2.10 Fabricación de piezas.Los casos más usuales de fabricación de piezas mediante el moldeo en arena sonlos siguientes: 1. Moldeo de una pieza simple en molde abierto, el proceso de fabricación del modelo es el siguiente: • Sobre una tabla de moldeo se coloca el modelo, por la mayor de sus caras. • Se coloca sobre la tabla, alrededor del modelo una caja de moldeo de tamaña adecuado. 216
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACI MECÁNICA S CONFORMACIÓN BLOQUE III: CONFORMA CONFORMADO POR MOLDEO. • Se espolvorea el modelo con talco u otra sustancia en polvo que facilite su extracción posterior. • Se rellena con arena y a continuación se apisona fuertemente, para evitar que se desmorone en el momento de la extracción del modelo. • Se le da la vuelta a la caja, se retira la tabla de moldear y a continuación se extrae el modelo. • Se retoca el molde de los posibles desperfectos y se espolvorea con negro de humo. se cuela el metal líquido. • Una vez el metal frío, se rompe el molde y se extrae la pieza. extrae • Se trata de un proceso económico, ya que la arena puede ser reutilizada, y apropiado para todo tipo de metales. metales.Figura 2.2 Moldeo de una pieza simple en molde abierto. A. Caja de moldeo. B. Modelo. C. Arena. D. abierto. Tabla de moldeo. 2. Moldeo de una pieza con hueco según el plano de la pieza, se na hueco, egún construye el modelo en dos mitades y la caja de machos. Las operaciones de moldeo en este caso son: • Se divide el modelo por la mitad, y una de las partes se coloca sobre una tabla de Moldeo, se espolvorea con talco o similar y sobre esta parte se adapta una caja, se rellena con arena y a continuación se apisona fuertemente, para evitar que se desmorone en el momento de la extracción del modelo. Se tapa herméticamente y se le da la vuelta. • Se repite el proceso con la otra mitad del modelo, incorporando en proceso este caso el bebedero, la mazarota y el canal de colada. - Bebedero. Bebedero. Es un conducto en forma de embudo por donde se vierte el material fundido con objeto de rellenar el molde. - Mazarota. Mazarota. Es una especie de embud de pequeñas embudo dimensiones, que se encuentra en comunicación con el molde y que tiene como objeto asegurar su completo llenado y permitir la evacuación de gases de su interior. 217
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACI MECÁNICA S CONFORMACIÓN BLOQUE III: CONFORMA CONFORMADO POR MOLDEO. - Canal de colada. Sirve para conducir el metal fundido desde colada. el bebedero hasta el molde (el vertido no se puede realizar directamente en el molde, pues éste podría sufrir alteraciones que producirían piezas defectuosas). • Se abre el molde y se extrae el modelo de su interior, cerrándolo de nuevo. • Fabricación del macho o noyo. • Se vierte el metal fundido hasta rellenar el hueco originado por el rellenar modelo, dejando transcurrir el tiempo necesario para que el metal delo, solidifique. A continuación, se rompe el molde y se elimina la arena que haya quedado adherida a la pieza, incluido el macho. Figura 2.3 Moldeo de una pieza con hueco. A. Modelo. B. Caja de macho. C. Macho. D. Tabla de moldeo. E. Arena de moldeo. F. Modelo. G. Respiradero. H. Caja superior. I. Bebedero. J. Caja inferior. 3. Moldeo de una pieza que necesite más de dos cajas eI modelo está cajas, formado por dos partes ensambladas por clavijas y orificios. En este caso no se puede obtener el molde en dos cajas, pues sería imposible desalojar el modelo, a menos que se divida en partes, y aún así existiría el peligro de desmoronamiento y la imposibilidad de repararlo. Las imposibilidad operaciones para la obtención del molde son: • Obtención del hueco del molde en la caja interior. Se puede diferenciar las siguientes etapas: - Colocar sobre un lecho de arena, en una falsa caja, la mitad del modelo con orificios. - Colocar sobre la falsa caja la caja inferior de moldeo, con las olocar orejas hacia abajo. - Siguiendo las fases indicadas en el primer ejemplo, se llena de arena y se le da la vuelta al conjunto. - Se retira la falsa caja. 218
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACI MECÁNICA S CONFORMACIÓN BLOQUE III: CONFORMA CONFORMADO POR MOLDEO. • Obtención de la segunda caja (intermedia). - Colocar la otra mitad del modelo de forma que las clavijas se introduzcan en sus orificios. - Colocar el aro de forma que sus espigas se introduzcan en los orificios de las orejas. - Atacar la arena hasta la superficie superior del modelo. • Obtención del hueco del molde en la caja superior. hueco • Retirar el modelo.Figura 2.3 Moldeo de una pieza que necesite más de dos cajas. A. Caja superior. B. Caja intermedia. . C. Caja inferior.Moldeo de una pieza de revolución también llamado moldeo con calibre o a la revolución,terraja. Permite moldear piezas que se engendran por rotación o traslació sin el engendran traslación,empleo de modelos.Los elementos que se precisan para moldear piezas de revolución son: - Terraja, plantilla o calibre Tabla de madera dura, con pe calibre.-Tabla perfil biselado, que reproduce la generatriz de la superficie exterior o interior de la pieza. - Gramil o bandera ramil bandera.-Donde se sujeta la terraja y puede deslizar erraja y girar alrededor del árbol del calibre. Este último tiene que . estar bien centrado y ha de tener suficiente resistencia para centrado no dobl doblarse con el peso del brazo y terraja. 219
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACI MECÁNICA S CONFORMACIÓN BLOQUE III: CONFORMA CONFORMADO POR MOLDEO.Las operaciones de moldeo son: • Obtención de las terrajas. Conocido el perfil de la pieza, se construyen las terrajas capaces de reproducir el perfil exterior e interior. • Colocar la terraja en po posición de trabajo. - Hacer un hoyo en el suelo del taller. - Colocar en su posición el soporte o quicio del árbol de la terraja. terraja - Colocar el árbol en la posición vertical y fijar la terraja en el rtical gramil. • Preparar la arena para aterrajar. - Colocar la caja de fondo fondo. - Echar arena de relleno y un lecho de cok para facilitar el relleno gaseo. gaseo - Rellenar y apretar la caja con arena de moldeo. Pinchar vientos. • Aterrajar y preparar la superficie exterior. • Obtención del hueco del molde en las cajas superiores superiores. • Aterrajar de nuevo para obtener la parte inferior del molde. inferior Figura 2.3 Moldeo de una pieza de revolución. A. Terraja. B. Gramil. revolución. 220
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE III: CONFORMADO POR MOLDEO.2.11 Máquinas de moldear.Realizan total o parcialmente el ciclo de operaciones del moldeo. Las primeras quese construyeron sólo extraían el modelo, se llamaban máquinas de desmodelar.Con ello se evitaba la posibilidad de deterioros y posterior reparación del molde.A continuación, para disminuir la fatiga de los operarios y aumentar laproductividad se sustituyó el atacado a moldeo por el mecánico y ya seconstruyeron las máquinas de moldear que incluso cerraban la caja.En la actualidad las máquinas automáticas clasifican y cargan la arena, retiran elmodelo y cierran las cajas dejándolas listas para la colada.Las principales ventajas de las maquinas son: • La densidad de los moldes es más uniforme que en el moldeo a mano, lo que se traduce en una mayor uniformidad en el acabado de las piezas. • Las dimensiones de las piezas son también más uniformes pues en el moldeo manual el operario tranquea y mueve los modelos demasiadas veces, aumentando las dimensiones de los moldes y por tanto de las piezas. • Los modelos duran más colocados en las placas que si están sueltos como en el moldeo a mano.Los principales inconvenientes son: • El elevado coste de adquisición • La dificultad de introducción de la misma en un taller aferrado a la rutina del moldeo a mano.En muchos talleres se adquieren máquinas a veces sin estudiar a fondo el trabajoque han de realizar y o por inercia de los operarios que se resisten al aprendizajede nuevos métodos o porque realmente no son adecuados para el tipo de moldeoque se les asigna.El caso es que se transforman en un estorbo más que en un útil de trabajo, por ellopara la adquisición de una máquina se debe hacer un estudio conociendo lasnecesidades del taller y así tener garantía de acierto. En la elección hay queenseñar correctamente su manejo a los operarios que se han de hacer cargo deella y saber mantenerla en su punto óptimo de funcionamiento.El tiempo y coste se la puesta a punto de la fabricación de cada pieza que hay quesumar al coste de la coquilla. 221
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE III: CONFORMADO POR MOLDEO.3 MOLDES PERMANENTES.3.1 Moldeo en coquillas.Los moldes metálicos ó coquillas, sustituyen ventajosamente a los de arenacuando se trata de fabricar grandes series de una misma pieza. Las coquillas secomponen de dos partes principales: una el cuerpo del molde, que da la formaexterior de la pieza y que es siempre metálica, y otra que son los machos, quereproducen partes o entrantes de las piezas, y que pueden ser metálicos o dearena.El espesor de las paredes del molde depende del tamaño de las piezas que sevayan a colar. Un molde de paredes demasiado gruesas con relación a la pieza,tiene una inercia térmica demasiado grande, lo que retrasa su calentamiento yposteriormente su enfriamiento. Mientras que un molde demasiado delgado, secalienta demasiado en cada llenado y se enfría con rapidez en cada vaciado.La duración de los moldes depende de la clase de material empleado en sufabricación, del material que se moldee, y del cuidado que se ponga en sumanipulación. Un molde bien fabricado y bien utilizado suele resistir la fundición de20.000 a 40.000 piezas sin retoques de importancia.La colada en coquilla de forma complicada, se facilita imprimiéndole a las mismasvibraciones de pequeñísima amplitud, por medio de un mecanismo adecuadoaccionado por un motor eléctrico. También se puede facilitar el llenado de lacoquilla por la aspiración producida en su fondo por una bomba aspirante. Esteprocedimiento permite el moldeo de piezas finas y muy esbeltas.3.2 Núcleos de las coquillas.Son los elementos que van a reproducir las cavidades. En un molde puede habervarios núcleos.Los núcleos metálicos tienen que tener una forma ligeramente cónica para facilitarsu extracción. También tienen que tener un cierto juego con relación al asiento delmolde porque el núcleo se ha de calentar previamente. Las cabezas de los núcleossuelen tener un saliente que hace de tope, incluso un segundo saliente que hacede ajuste.Como consecuencia de esto, la forma de los núcleos es muy variada. En lascoquillas de gran tamaño, muy complicadas, etc, la operación de extraer losnúcleos de ellas suele hacerse mecánicamente. 222
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE III: CONFORMADO POR MOLDEO. Estos núcleos son de acero semiduro (0’5% C). Cuando los núcleos son de grantamaño se pueden hacer de fundición e incluso, pueden ser huecos. En cualquiercaso se les debe de dar una estabilización sometiéndolos a un tratamiento dehomogeneización (como un recocido).3.3 Condiciones de trabajo de las coquillas.Las principales condiciones que se debe precisar en la utilización de coquillas son: • Lubricantes que se deben emplear. 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. • Temperaturas de colada del metal. • Temperatura a que debe mantenerse la coquilla. • Forma y velocidad de la colada. 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. • Orden y cadencia de las operaciones de desmoldeo. • Velocidad de enfriamiento 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. 223
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE III: CONFORMADO POR MOLDEO.3.4 Procesos de moldeo con moldes permanentes.Dentro de las tecnologías de moldeo con moldes permanentes podemosdiferenciar dos técnicas estas son: • Moldeo mecánico en coquillas. • Moldeo por centrifugación.3.5 Moldeo mecánico en coquillas.En los métodos de moldeo expuestos hasta ahora hay que romper el molde paraextraer de él la pieza moldeada. Por tanto habrá que construir tantos moldes comopiezas se precisen. En la práctica actual de la fundición, se dispone de moldesmetálicos permanentes o coquillas, que permiten obtener un número muy elevadode piezas iguales. Como las coquillas resultan muy caras, en cada caso se debeconocer el número mínimo de piezas que hay que fabricar para que elprocedimiento resulte económico.Por otra parte, con el uso de las coquillas se reduce el mecanizado de las piezas y,en algunos casos, se elimina por completo; además se pueden obtener superficiesmás finas y uniformes que las que se obtienen en los moldes de arena.Según la forma de efectuar la colada, el procedimiento se divide en: • Moldeo en coquilla por gravedad. • Moldeo en coquilla por inversión del molde. • Moldeo en coquilla con presión (fundición inyectada).3.5.1 Moldeo en coquilla por gravedad.En este procedimiento los moldes se preparan manualmente y la colada se efectúacomo en los moldes de arena, esto es, por su propio peso, sin ninguna presiónsuplementaria. Los moldes se fabrican generalmente de dos o más partesdesmontables, sólidamente unidas entre sí durante la colada, de forma que entreellas quede una cavidad o hueco que reproduzca la forma de la pieza o moldepropiamente dicho, así como los bebederos, canales de alimentación y mazarotas.Los huecos de la pieza se obtienen mediante machos metálicos que se extraencon facilidad una vez que ha solidificado la aleación. También pueden emplearsemachos .de arena u otro material que se destruye después de la colada; en estecaso el molde se, denomina semipermanente. Los machos de arena se empleancuando tienen una forma complicada y no es fácil su extracción después de lacolada. 224
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE III: CONFORMADO POR MOLDEO.Cuando las piezas son relativamente pequeñas, pueden emplearse las coquillas enlibro, en las que ambas partes están unidas por charnelas.Los machos metálicos, como han de estar rodeados del metal líquido, seconstruyen de fundiciones o aceros aleados (más refractarios que el metal delmolde); si se pueden desalojar con facilidad, se construyen de una sola pieza conla debida inclinación o salida; en caso contrario se hacen partidos en variasporciones, para facilitar su extracción. Si este último método no es aplicable,necesariamente hay que usar machos de arena o yeso.La obtención de las piezas en las coquillas consta de las siguientes operaciones: • Limpieza de las diversas partes del molde con aire caliente a presión y calentamiento hasta la temperatura más adecuada para la colada. • Recubrimiento de la cara del molde con una delgada capa de material refractario o negro de humo procedente de una llama reductora de gas. • Colocación de los machos y cierre del molde. • Colada del metal en el molde, dejándolo en reposo el tiempo suficiente para que la pieza solidifique. • Extracción de la pieza del molde.Las aleaciones que se emplean en este proceso son a base de plomo, estaño,cinc, aluminio, magnesio, cobre y fundición gris.Entre las ventajas del moldeo en coquilla por gravedad, sobre el moldeo en arena,cabe destacar: • Mayor precisión y constancia en las dimensiones de las piezas; • Superficies mejor acabadas y reducción del rebarbado; • Menor mecanizado; a veces se usan las piezas brutas de fundición; • Se obtiene una estructura más densa y compacta, de grano más fino y propiedades mecánicas más elevadas; • La producción es más rápida;Los inconvenientes que tiene son: • S utilización sólo resulta económica cuando el número de piezas que se desea fabricar es lo suficientemente elevado para compensar el desembolso inicial de las coquillas, machos y demás accesorios. 225
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACI MECÁNICA S CONFORMACIÓN BLOQUE III: CONFORMA CONFORMADO POR MOLDEO. • Otra limitación es la forma (debe ser sencilla sobre todo en el interior) y las dimensiones de las piezas. Figura 3.1 Moldeo en coquilla por gravedad. A. Cierre. B. Bebedero. C. pieza3.5.2 Moldeo en coquilla con i inversión del molde.Conocido también como moldeo por versión, se emplea principalmente paraobtener piezas huecas de ornamentación u orfebrería. Consiste en dejar que seforme una capa de metal sólido en contacto con las paredes de la coquilla y,cuando ha alcanzado el espesor deseado, se invierte el molde, y se desaloja elmetal líquido que aún no ha solidificado. El espesor de la capa es función de latemperatura de la coquilla y del tiempo transcurrido desde que se efectúa la coladahasta que se invierte el molde.Las características mecánicas de las piezas son muy bajas, el acabado de lasuperficie interior es muy rugoso, el espesor de la capa no es uniforme; sinembargo el aspecto exterior de la superficie es muy bueno. Por todo ello, elmétodo se emplea cuando lo que interesa es sólo el aspecto de la superficie aexterior (así se ahorra metal y las piezas son más ligeras) o cuando se precisanpiezas huecas, sin exigencias mecánicas, difíciles de obtener con machos.3.5.3 Moldeo en coquilla con presión presión.Difiere del moldeo en coquilla por gravedad en que el metal, en estado líquido opastoso, se introduce en el hueco del molde bajo presión. Esto favorece el llenadorápido del molde y la reproducción fiel de sus más finos detalles; también seasegura la eliminación de la porosidad en las secciones macizas de la pieza. Laspiezas, después de eliminar el bebedero, quedan completamente terminadas y nonecesitan mecanizado posterior. La precisión de las dimensiones es de 0,1 a 0,01mm, lo cual permite obtener piezas intercambiables con orificios finos e, incluso, intercambiables 226
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACI MECÁNICA S CONFORMACIÓN BLOQUE III: CONFORMA CONFORMADO POR MOLDEO.roscas de precisión. La estructura del metal es de grano fino y las característicasmecánicas son muy elevadas.La presión se ejerce sobre el metal con máquinas especiales que trabajan deforma automática o semiautomática. iautomática.Según la forma de inyectar el metal en la coquilla se consideran dos tiposfundamentales de máquinas: • Máquinas de cámara caliente (Figura 3.2). Llamadas también de caliente. cue llo de cisne, se usan para colar aleaciones a base de plomo, estaño o cinc, con temperaturas de fusión de hasta 450 ºC, y cinc, excepcionalmente para las de aluminio o magnesio. Constan de un horno de fusión, que forma parte de la máquina y transfiere automáticamente la aleación líquida a un recipiente de fundición donde se mantiene constante el nivel y la temperatura. El llenado constante de la cavidad del molde se efectúa por medio de un mecanismo inyector, que está total o parcialmente sumergido en el metal líquido y lo inyecta a presión con aire comprimido o mediante un émbolo. La máquina puede ser manejada por una sola persona, puede consiguiendo producciones del orden de unas 1000 piezas por hora en las automáticas y de 250 en las semiautomáticas. • Máquinas de cámara fría (Figura 3.3). Se denominan así porque fría. el mecanismo de inyección se encuentra a una temperatura inferior encuentra a la de la colada de la aleación y su contacto con ella es casi instantáneo, ya que se funde en un horno aparte y se cuela en la cámara de comprensión con una cuchara o mediante un dispositivo automático de alimentación, que introduce sólo la cantidad de introduce aleación necesaria para cada pieza. Entonces actúa un émbolo, accionado por presión hidráulica y la inyecta en el hueco del molde.Figura 3.2 Máquina de cámara caliente. A. Cavidad del molde. B. Aire a presión. C. Metal fundido. D. Crisol. E. Hogar. 227
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACI MECÁNICA S CONFORMACIÓN BLOQUE III: CONFORMA CONFORMADO POR MOLDEO. Figura 3.2 Máquina de cámara fría.3.6 Moldeo por centrifuga centrifugado.La fundición centrifuga es el proceso de hacer girar el molde mientras se solidificael metal, utilizando así la fuerza centrifuga para acomodar el metal en el molde. Seobtienen mayores detalles sobre la superficie de la pieza y la estructura densa delmetal adquiere propiedades físicas superiores. Las piezas de forma simétricas seprestan particularmente para este método, aun cuando se pueden producir otrosmuchos tipos de piezas fundidas.Por fundición centrifuga se obtienen piezas más económicas que por otrosmétodos. Los corazones en forma cilíndricas y rebosaderos se eliminan. Laspiezas tienen una estructura de metal densa con todo y las impurezas que van dela parte posterior al centro de la pieza pero que frecuentemente se maquinan. Porrazón de la presión extrema del metal sobre el metal, se pueden lograr piezas desecciones delgadas también como en la fundición estática.Los moldes permanentes se han hecho frecuentemente en la fundición centrifuga frecuentementede magnesio. Desde entonces las piezas de fundición de magnesio son forzadasnuevamente al molde, las piezas se enfrían mas rápidamente y el aire o gasatrapados se eliminan entre el molde y el material.Aunque en la fundición centrífuga hay limitaciones en el tamaño y forma de piezas iciónfundida, se pueden hacer desde anillos de pistón de pocos gramos de peso yrodillo para papel que pesen arriba de 40 toneladas, Blocks de maquinas enaluminio.Es un método en el que aprovecha la fuerza centrífuga que se puede general al aprovechahacer girar el metal en tordo de un eje. Existen tres tipos de fundición centrífuga: • Fundición centrífuga real: es el procedimiento utilizado para la fabricación de tubos sin costura, camisas y objetos simétri simétricos, los moldes se llenan del material fundido de manera uniforme y se hace girar al molde sobre su eje de rotación. 228
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACI MECÁNICA S CONFORMACIÓN BLOQUE III: CONFORMA CONFORMADO POR MOLDEO. • Fundición semi semi-centrífuga: 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. 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 dedel metal que llena las cavidades de los moldes. Figura 3.4 Moldeo por centrifugado. A. Crisol. B. Molde giratorio. C. Sistema motriz.3.6.1 Colada centrifuga.Aquí se emplea la presión que desarrolla la fuerza centrífuga, para llenarsimultáneamente moldes, que giran alrededor de un eje común, que no coincide quecon sus ejes propios. La cavidad no es necesariamente simétrica en cuanto a suforma, pero tiene que estar equilibrada dinámicamente.El conjunto se sitúa sobre una plataforma giratoria y recibe el metal f fundido que,por la acción centrífuga, lo lanza a través de los conductos de colada hacia laperiferia, llenando los moldes de forma compacta.Principales ventajas de la colada por centrifugación son las siguientes: • Eliminación de machos; • Mejor llenado del molde que en la colada por gravedad; • Posibilidad de obtener paredes más delgadas; • Se produce un aumento aparente de la densidad del metal fundido, que eleva las características mecánicas una vez solidificado. 229
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE III: CONFORMADO POR MOLDEO.4 MOLDES ESPECIALES.4.1 Moldeado en cáscaraEn esencia, el procedimiento consiste en la obtención de un molde o coquilla dearena y resina a partir del modelo de la pieza donde se efectuará la colada.Para la formación del molde o coquilla se aprovecha la propiedad que tienenciertas resinas de endurecerse bajo la acción del calor. Estas resinas actúan comoaglomerantes de la arena de sílice.El modelo de la pieza se construye ordinariamente en dos mitades y se fija cadauna de ellas a una placa metálica, con los canales de colada, mazarotas y marcasde macho, si hacen falta.4.1.1 Materiales empleados.Los materiales empleados en el moldeo en cáscara más usuales son: • Arena. Se suele emplear la de sílice o de circonio seca, previamente lavada. • Resinas. Se emplean las termoestables del tipo baquelita (fenol- formol o urea-formol) en forma de polvo muy fino. El porcentaje de resina varía de 6 a 10% según el tamaño del grano de la arena. El polvo seco y la arena se mezclan íntimamente en una mezcladora Para evitar esta operación, en él comercio se suministran arenas prerevestidas o precubiertas con resina. • Placas modelo para moldeo en cáscara. Con ellas se obtiene cada una de las mitades del molde. Deben ser de un metal buen conductor del calor, capaz de calentarse y enfriarse sin experimentar deformaciones u oxidaciones apreciables. Generalmente son de acero al carbono fundición, para grandes series y de aluminio, latón o bronce para pequeñas series.4.1.2 Proceso de ejecución del moldeo en cáscara.Se efectúa en máquinas especiales que esencialmente constan de una cajadepósito en cuya tapa se fija la placa modelo. Las operaciones necesarias para elmoldeo 1. La placa modelo se fija a la tapa de la caja depósito que contiene en el fondo la mezcla seca de arena y resina en polvo. 230
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE III: CONFORMADO POR MOLDEO. 2. Se calienta la placa modelo la una temperatura comprendida entre 150 y 300 ºC, recubriéndola con aceite de silicona para evitar que la cáscara se adhiera al molde y facilitar su extracción. 3. Se invierte la caja de forma que la mezcla arena y resina recubra completamente la placa modelo. La profundidad de la caja (para obtener mayor altura de caída de la arena) debe ser tanto mayor cuanto más importante sea el relieve de la placa modelo. 4. La resina se funde en contacto con la superficie de la placa modelo caliente y en unos segundos, el modelo se encuentra revestido con una costra de arena aglomerada, parcialmente endurecida,. Su espesor es función del tiempo y de la temperatura. Así, en 20 segundos y a 150 ºC se obtiene una costra de 5 mm de espesor, y este mismo valor se puede obtener en 7 segundos si la temperatura se eleva a 240 ºC. 5. Una vez que se ha conseguido el espesor de costra deseado, se invierte rápidamente la caja a su posición inicial, de forma que el sobrante de arena y resina no aglomerado caiga al fondo. 6. Se retira la placa modelo con la costra adherida a ella, el conjunto se introduce en una estufa, a unos 300 ºC, para que continúen las reacciones de policondensación y se endurezca la resina. Así la costra se transforma en una cáscara dura y rígida con una superficie interior perfectamente lisa. 7. La cáscara endurecida se retira de la placa modelo. 8. El molde se obtiene por unión de dos cáscaras complementarias (previa colocación de los machos, si son necesarios) con adhesivos, grapas, pernos, pinzas, etc. Figura 4.1 Etapas en el moldeo en cáscara. 231
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE III: CONFORMADO POR MOLDEO.4.1.3 Ventajas e inconvenientes del moldeo en cáscara.Las principales ventajas son: • Las piezas se obtienen con un acabado superficial muy bueno, elevada precisión geométrica y dimensional. Las tolerancias son del orden del 0,5%, mientras que en moldeo ordinario son del 1,5%. • La mecanización de las piezas, como consecuencia de la elevada precisión con que se obtienen, es en muchas ocasiones innecesaria y, cuando se precisa, las creces de mecanizado son muy pequeñas. • Quedan eliminados casi por completo los defectos superficiales. • La limpieza de la superficie de las piezas es mínima y en algunos casos innecesaria. • Los moldes son muy estables y pueden almacenarse durante mucho tiempo, lo que permite fabricarlos en grandes series y usarlos donde y cuando convenga. • Permiten una elevada mecanización, tanto en el manejo de la arena (se elimina la suciedad y el polvo), como en la rapidez y uniformidad del producto que se obtiene. • Puede emplearse mano de obra no especializada, reduciendo los costos de fabricación. • Se puede colar toda clase de metales y aleaciones empleadas en fundición: aceros al carbono y aleados, fundición, bronce, latón, aleaciones ligeras y ultraligeras.Mientras que los inconvenientes principales son los siguientes: • Sólo resulta económico en la fabricación de grandes series, donde los gastos de amortización se reparten entre un gran número de piezas. • Las piezas no pueden ser muy voluminosas; las mayores obtenidas son de unos 100 kg. • Las placas modelo tienen que ser siempre metálicas y con elevada precisión dimensional; por ello resultan caras. • Las arenas y las resinas son mucho más caras que los materiales empleados en el moldeo ordinario. 232
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE III: CONFORMADO POR MOLDEO.4.2 Moldeo a la cera perdida.También llamado por revestimiento o microfusión. El moldeo a la cera perdida esun procedimiento escultórico de tradición muy antigua que sirve para obtenerfiguras de metal (generalmente bronce) por medio de un molde. El cual se elaboraa partir de un prototipo tradicionalmente modelado en cera de abeja. Este modeloprevio es rodeado de una gruesa capa de material blando que se solidifica; unavez endurecido, se mete en un horno, que derrite la cera de la figura de cera,saliendo ésta por unos orificios creados al efecto (de ahí su denominación) y, en sulugar, se inyecta el metal fundido, que adopta la forma exacta del modelo. Paraextraer la pieza final es necesario destruir el molde. Gracias a esta técnica devaciado, es posible conseguir figuras metálicas, sólidas y duraderas, con detallesque sería imposible lograr por otros medios.Se usa para obtener con aleaciones refractarias una gran variedad de piezas deelevada precisión de formas muy complicadas y pequeño tamaño, imposibles deobtener por otros métodos de moldeo e incluso por mecanizado. La precisión quecorrientemente se consigue con este método es de 0,5% y la máxima que se haconseguido es de 0,2%, pero para ello se requiere un control muy riguroso de todoel proceso, que lo encarece.4.2.1 Proceso de obtención de las piezas.El proceso de moldeo a cera perdida consta de las siguientes etapas: 1. Construcción de un modelo patrón de la pieza a moldear, generalmente metálico (de acero, latón o bronce) a veces de plástico o caucho, con un mecanizado de precisión y rectificado muy fino, para obtener superficies lo más perfectas posibles. En la construcción del modelo se debe tener en cuenta la contracción del molde patrón, la de los modelos secundarios de cera o plástico la del molde en su elaboración y precalentamiento y, por último, la del metal colado. 2. Elaboración, a partir del modelo patrón, de un molde patrón o coquilla, dividida en dos partes, para colar los modelos de cera y extraerlos fácilmente. Para ello el modelo patrón se introduce en escayola hasta la línea divisoria deseada; la escayola está contenida en una de las mitades de un recipiente partido. La otra mitad se coloca encima y se vierte, sobre la mitad del modelo patrón que queda al descubierto, aleación de Sn-Pb-Bi, de baja temperatura de fusión, en estado líquido. Cuando la aleación ha solidificado, se separan las dos mitades, se elimina la escayola de la primera mitad y se pule la superficie metálica de separación de la segunda mitad. Se coloca de nuevo el modelo patrón en la cavidad de la segunda mitad, se trata la superficie metálica pulida con un producto de separación, después se 233
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE III: CONFORMADO POR MOLDEO. coloca la otra mitad y se vierte de nuevo aleación fundida. Así se obtiene una coquilla dividida. 3. Moldeo de los modelos de cera o plástico, inyectando a presión estos materiales en el molde metálico anterior. Los modelos así obtenidos deben tener una superficie limpia y lisa, que no presente cavidades, deformaciones u otros defectos. 4. Formación de un racimo, soldando varios modelos de los obtenidos en la fase anterior, a un bebedero central también de cera o plástico. 5. Revestimiento preliminar del racimo, por inmersión o pulverización con un barrio refractario, formado por una suspensión en polvo finísimo de cuarzo, corindón, etc. 6. Revestimiento secundario del racimo, para lo cual se fija previamente el bebedero a una placa plana, con cera fundida. Se coloca sobre el conjunto, rodeando el racimo, un recipiente metálico abierto por los extremos y se cierra bien con cera la junta de unión entre la placa y el extremo del recipiente. Se vierte en su interior la mezcla de moldeo y el conjunto se coloca en una cámara de vacío o se somete a vibración durante cierto tiempo, para que suban a la superficie las burbujas de aire y el exceso de humedad, antes de que solidifique la masa. El molde así preparado se deja secar a la temperatura ambiente. 7. Extracción de la cera del molde, fundiéndola a 100 - 120 .C en una estufa recogiéndola en un recipiente. 8. Cocción del molde y precalentamiento, en un horno túnel, progresivamente hasta alcanzar los 1000 ºC. Con la cocción se eliminan los últimos residuos de cera, se precalienta el molde, para que el metal que se cuela no se enfríe y fluya llenando perfectamente la cavidad del molde. 9. Colada del metal líquido, previamente fundido en un horno. 10. Después de enfriado el metal en el molde, se extraen las piezas cortando los canales de colada, se limpian en un chorro de arena y, si es necesario, se someten a tratamientos térmicos y, finalmente, a un rectificado. 234
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACI MECÁNICA S CONFORMACIÓN BLOQUE III: CONFORMA CONFORMADO POR MOLDEO. Figura 4.2 Proceso seguido en el moldeo a cera perdida. A. Modelo. B. Moldes. C. Modelo y racimo 2 en cera. D. Compactación por vibración. E. Extracción de la cera. F. Colada.4.2.2 Ventajas e inconvenientes del moldeo a cera perdida.Las principales ventajas del proceso s las siguientes: son • Las piezas obtenidas ya están terminadas. • Permite la obtención de piezas con geometrías de elevada dificultad. • Se puede utilizar cualquier tipo de aleación, incluso las refractarias.Mientras que los inconvenientes de este proceso son los siguientes: los • Elevado coste. • Limitación del tamaño de la pieza (menores a 500 gramos).4.3 Moldeo Mercast.Es una variante del método a la cera perdida, en el que se usa mercuriocongelado, en lugar de cera o resinas termoplásticas termoplásticas.El molde se obtiene sumergiendo varias veces el modelo de mercurio en un lodo sumergiendode material refractario, hasta obtener un revestimiento de espesor adecuado. Unavez que el lodo ha endurecido, se eleva la temperatura, funde el mercurio ydesaloja el molde. 235
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE III: CONFORMADO POR MOLDEO.4.3.1 Proceso de moldeo Mercast.Las etapas que de proceso de moldeo Mercast son las siguientes: 1. Se fabrican modelos patrón y medios moldes metálicos igual que para la cera perdida. 2. Se vierte mercurio en los medios moldes hasta llenarlo por completo. 3. Se introducen en un baño de acetona a una temperatura inferior a 75 ºC bajo cero, con lo cual el mercurio, que solidifica a - 40 ºC, queda totalmente en estado sólido. 4. Se extraen los medios moldes y se juntan sin necesidad de ningún adhesivo. 5. Se sumerge el mercurio sólido en baños de papillas cerámicas mantenidas a una temperatura inferior a la de congelación del mercurio con lo cual se recubre éste de una capa de papilla cerámica de un espesor de 3 a 6 mm. 6. Se lleva hasta la temperatura ambiente con lo cual el mercurio se licua y es evacuado, el recubrimiento queda formando el molde. 7. Estos moldes cerámicos, se cuecen a temperaturas elevadas con lo que adquieren las cualidades de la porcelana, con superficies extraordinariamente lisas, que luego dan un excelente acabado superficial a la pieza moldeada. 8. El molde cerámico cocido se coloca en una caja de moldeo y se rodea de arena. A continuación se calienta el conjunto hasta la temperatura de colada con lo cual se facilita el perfecto llenado del molde. 9. Después de un enfriamiento controlado, se rompe el revestimiento y queda la pieza con una precisión que en la mayoría de los casos hace innecesaria ninguna otra operación.4.4 Moldeo en yeso.Este proceso permite la producción de piezas fundidas que de otra manera seríaimposible producir debido al tiempo, diseño o textura de la superficie deseada. Latersura de superficie de estos moldes proporciona un acabado superficial excelenteen las piezas fundidas, esta superficie produce una mayor exactitud que laobtenida en cualquier otro método. Los moldes de yeso se usan para colar metales no férreos tales como: oro, plata, aluminio, magnesio, cobre y sus aleaciones,particularmente bronce y latón. 236
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE III: CONFORMADO POR MOLDEO.Se puede ir a tolerancias mucho más estrechas con lo cual las piezas necesitanpoco o ningún maquinado, además tienen una dureza y una maquinabilidaduniformes debido a su lenta solidificación direccional que ayuda a eliminartensiones internas.4.4.1 Procedimiento del moldeo en yeso.El procedimiento para obtener los moldes de yeso incluye los siguientes pasos: 1. Se recubre la placa modelo con una delgada capa de aceite y se coloca sobre un tablero en una caja de moldeo. 2. A continuación se vierte la mezcla sobre la placa y se llena la caja. 3. Se le hace vibrar para asentar el yeso y asegurarse que el modelo ha quedado rodeado completamente. 4. Después de unos 30 minutos el molde debe estar lo bastante duro para taladrarlo, hacerle los huecos de alineamiento y darle la vuelta. 5. Después de sacar por completo la sección superior del molde se coloca la sección superior de la caja y toda la superficie del yeso y del modelo se cubre con aceite. Se deja fraguar el yeso durante 30 minutos y se separa las dos mitades golpeándolas.4.4.2 Ventajas e inconvenientes del moldeo en yeso.La ventaja principal del molde de yeso, es la elevada precisión en las medidas.El principal inconveniente es que el molde de yeso tiene una capacidad caloríficamuy baja y por tanto las piezas solidifican lentamente dando una estructura degrano más grueso y por tanto menos resistencia mecánica que la obtenida enmoldes de arena o metálicos.4.5 Moldeo al CO2. Es un moldeo que trata de endurecer moldes y machos sin necesidad deaportes de calor. Se emplean arenas extrasilicosas, siendo el aglomerante elsilicato sódico hidratado (Na2OSiO2·XH2O). El molde se hace pasar a través deuna 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 esun compuesto y, como tal, está formado por varios elementos: sílice, agua y óxidode sodio. 237
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE III: CONFORMADO POR MOLDEO. En este proceso se introducen los desmoronantes, que son unoselementos que facilitan el desmoldeo. Suelen ser melazas, dextrinas, negrosminerales,… Los modelos y las cajas utilizadas pueden ser los mismos que para elmoldeo en arena. Es recomendable no utilizar barnices para los modelos, ya quepodrían reaccionar con los aglutinantes. El CO2 se encuentra en estado líquido (licuado) en una botella sometida apresión. Esta presión debe estar regulada a la salida de la botella por unmanómetro con un manorreductor para reducir la presión de salida a unos 15Kg/cm2, que es la recomendada. La salida del gas se produce a través de unsistema 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.4.5.1 Ventajas e inconvenientes del moldeo en 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 esprácticamente irrecuperable. 238
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE III: CONFORMADO POR MOLDEO.5 METALURGIA DE POLVOS. PULVIMETALURGIA.Se conoce con el nombre de pulvimetalurgia (metalurgia de polvos), sinterización ofritado, al proceso empleado en la fabricación de piezas a partir de polvosmetálicos. Estos polvos se prensan dentro de moldes, se extraen de los moldes yse calientan a temperatura inferior al punto de fusión del metal.5.1 Proceso de la pulvimetalurgia.Es un proceso utilizado principalmente para metales difíciles de maquinar y constaprincipalmente de las etapas siguientes: 1. Obtención del polvo. 2. Compactación 3. Sinterizar la pieza obtenida por compactación. 4. Acabado de la pieza.5.1.1 Fabricación de los polvos metálicos.Existen dos procedimientos principales: • Procedimientos mecánicos: molido, pulverización mecánica y atomización. - Molido: para metales frágiles (Mn, Cr,...) - Pulverización mecánica: dirigir un chorro de metal fundido sobre un disco que gira a gran velocidad. - Atomización: dirigir un chorro de aire o vapor de agua a presión sobre la superficie del metal fundido. • Procedimientos físico-químicos: electrolisis y reducción de óxidos.5.1.2 Compactación.Esta operación tiene por objeto conformar el polvo metálico en la forma ydimensiones deseadas, dándole la resistencia y consistencia necesaria para sumanipulación cuidadosa hasta la sinterización.La cohesión del producto comprimido, se puede considerar como una verdaderasoldadura en frío de los puntos de los polvos en contacto debido a: 239
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE III: CONFORMADO POR MOLDEO. • La rotura de la película gaseosa que envuelve las partículas del polvo. • Al ensamblaje facilitado por las irregularidades de las superficies de los polvos. • A los calentamientos locales provocados por la presión que se pueden traducir en verdaderas soldaduras en caliente. • A la soldadura en frío debido a la captura de valencias superficiales libres y a las fuerzas de Van der Valls. • A las fuerzas de atracción interatómicas que no empiezan a manifestarse hasta que los centros de dos átomos pertenecientes a dos partículas diferentes se encuentran a una distancia del orden del diámetro atómico.La compresión se realiza introduciendo el polvo en una matriz fabricada con unmetal muy duro, generalmente de carburo de wolframio. El polvo se somete a unapresión que puede variar entre 800 y 5000 kg/cm2 (lo más usual es de 4000kg/cm2).La fuerza de las prensas varía de 4 a 80 toneladas en prensas mecánicas y de 80a 200 en prensas hidráulicas. Las mecánicas son más rápidas.5.1.3 Sinterización.Es la operación pulvimetalurgica principal y tiene por objeto dar cohesión yresistencia al producto comprimido.Consiste en dar un calentamiento a la masa de polvo a una temperatura inferior ala de fusión (la temperatura de fritado es del orden de 2/3 a 4/5 de la temperaturade fusión) durante el tiempo suficiente para que las partículas se suelden y elcomponente resultante, muchas veces poroso, adquiera la suficiente resistenciamecánica. Todo esto realizado en atmósfera protectora para evitar la oxidación yaque el compactado puede pasar parcial pero nunca totalmente al estado líquido.5.1.4 Acabado.Tras el sinterizado las piezas obtenidas se someten a tratamientos térmicos ysuperficiales.Si es necesario también se rectifican, para darles las dimensiones finalescorrectas.Algunas de las operaciones posibles son las siguientes: 240
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE III: CONFORMADO POR MOLDEO. • Acuñado: Prensado posterior al sinterizado para reducir las tolerancias dimensionales de la pieza y obtener un mejor acabado superficial. Si la deformación plástica es masiva, se suele hablar de forja pulvimetalurgia. • Impregnación: Para penetrar en la red porosa del material, bien con aceite, caso de los cojinetes, o bien con metal fundido cuando no se desee que el material sea poroso. • Otras convencionales son: Tratamientos térmicos y superficiales y Mecanizado.5.2 Características de la materia prima.Las características de los polvos determinan las propiedades finales delcomponente y repercuten en las etapas de compactación y sintetizado. Por lo tantola calidad del producto, y la economía del proceso de fabricación depende de lascaracterísticas de los polvos, y a su vez, las características de los distintos tipos depolvo procedentes del mismo metal dependen del método de obtención y de lostratamientos a que han sido sometidos.Las propiedades fundamentales que definen básicamente al tipo de polvo son: • la forma. • La composición. • El tamaño del grano. • La distribución. • La porosidad. • La microestructura.5.3 Ventajas e inconvenientes de la pulvimetalurgia.Las principales ventajas que tiene este proceso son las siguientes: • La pulvimetalurgia reduce al mínimo las pérdidas de materias primas, ya que sólo se usa la cantidad de polvo necesario para alcanzar el producto final. • Se facilita el control exacto de los límites de la composición. • Se puede eliminar o reducir al mínimo las operaciones de mecanizado. • Todas las operaciones son susceptibles de automatización. 241
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE III: CONFORMADO POR MOLDEO. • Se logran buenos acabados superficiales sin las señales propias del moldeo. • Es la única técnica que permite lograr una porosidad controlada y una oxidación interna muy repartida apta para el endurecimiento. • Evita las segregaciones. • Permite la obtención de una serie de piezas muy extensa que no puede realizarse por procedimientos convencionales.Mientras que los inconvenientes de este proceso son: • Las piezas deben tener una forma que permita extraerlas fácilmente de la matriz, con lo cual se limita bastante las posibilidades de diseño. • El tamaño de la pieza está limitado por la fuerza de las prensas que no suele sobrepasar las 500 toneladas. • Las piezas obtenidas por pulvimetalurgia no pueden tener las características mecánicas que tienen las obtenidas por métodos convencionales. • El factor económico es muy importante, debido al elevado coste de las matrices de acero aleado o de carburo de wolframio.5.4 Aplicaciones de la pulvimetalurgia.En la actualidad tiene un gran campo de aplicación como pueden ser: • Piezas de aleaciones de hierro, cobre, etc. para las que factores técnicos y económicos aconsejan este método por la supresión del mecanizado y el máximo aprovechamiento del metal. • Para cojinetes autolubricantes con un 30% de poros en bronce sintetizado, estos cojinetes se impregnan de aceite o de teflón(politetracloro...). • Pseudoaleaciones de metales con temperaturas de fusión muy dispares, como por ejemplo: cobre-wolframio, plata-wolframio, plata-molibdeno, etc. se emplean en los contactos eléctricos en la zona donde se produce la chispa de ruptura ya que en este sitio necesitamos la buena conductividad del cobre y de la plata y la buena resistencia al desgaste del wolframio o el molibdeno, de aquí la importancia de este tipo de aleaciones y hoy en la actualidad se utilizan contactos de plata endurecida con un 10% de cadmio. • Preparación de metales pesados o pseudoaleaciones con un contenido 85-95% de wolframio, 3-10% de níquel y 2-5% de cobre. Estos materiales se caracterizan por tener una altísima densidad y 242
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE III: CONFORMADO POR MOLDEO. se utilizan para la fabricación da giróscopos, pantallas para rayos x y rayos gamma, apantallamiento de centrales nucleares, etc. • Fabricación de filtros resistentes a los golpes y a las variaciones bruscas de temperatura por ejemplo filtros de aceite para las válvulas de inyección en los motores diesel, filtros para refrigeradores, etc... que se fabrican en metal monel (acero inoxidable y titanio). • Preparación de carburos de wolframio, titanio, etc. y pseudoaleaciones de wolframio-acero, estos compuestos se caracterizan porque tienen una dureza elevada, buena resistencia a la abrasión, debido a su alto punto de fusión sólo se pueden fabricar por este procedimiento utilizando cierta cantidad de cobalto que actúa de cemento. • Tratamiento de metales rebeldes a la forja o al moldeo como puede ser las aleaciones especiales de tipo álnico (20% manganeso, 63% hierro, 12% aluminio, 5% cobalto) que se utilizan mucho para imanes permanentes y para imanes sintetizados de naturaleza cerámica. • Tratamiento de metales refractarios, como wolframio, molibdeno y niobio, ya que el elevado punto de fusión hace prohibitivo el darles forma por moldeo. • Fabricación de cermets, que son aglomeradores obtenidos por sinterización de un metal con elevado punto de fusión y óxidos muy refractarios y se utilizan para la fabricación de turborreactores. • Para evitar las segregaciones en los aceros de alta aleación, como es el caso de los aceros rápidos que segregan bandas de carburos. • Para la fabricación de termistores de óxido de cinc con curva de tensión-intensidad no lineal, a base de envenenar lo límites de grano con óxido de bismuto. • Para la obtención de aleaciones oxidadas interiormente, como el aluminio con óxido de aluminio. 243
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN.BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIONES.1 UNIÓN POR SOLDADURA.El término soldadura lo podemos definir como la unión mecánicamente resistentede dos o más piezas metálicas diferentes. La primera manifestación de ello,aunque poco tiene que ver con los sistemas modernos, se remonta a loscomienzos de la fabricación de armas. Los trozos de hierro por unir erancalentados hasta alcanzar un estado plástico, para ser así fácilmente deformadospor la acción de golpes sucesivos.Mediante un continuo golpeteo se hacía penetrar parte de una pieza dentro de laotra. Luego de repetitivas operaciones de calentamiento, seguidos de un martilleointenso, se lograba una unión satisfactoria. Este método, denominado “caldeado”,se continuó utilizando hasta no hace mucho tiempo, limitando su uso a piezas deacero forjable, de diseño sencillo y de tamaño reducido.Los diversos trozos o piezas metálicas que se deseen fijar permanentemente entresi, deben ser sometidas a algún proceso que proporcione uniones que resulten lomás fuertes posibles. Es aquí cuando para tal fin, los sistemas de soldadura jueganun papel primordial.El calor necesario para unir dos piezas metálicas puede obtenerse a través dedistintos medios. Podemos definir dos grandes grupos. Los sistemas decalentamiento por combustión con oxígeno de diversos gases (denominadossoldadura por gas), y los de calentamiento mediante energía eléctrica (porinducción, arco, punto, etc.).Las uniones logradas a través de una soldadura de cualquier tipo, se ejecutanmediante el empleo de una fuente de calor (una llama, un sistema de inducción, unarco eléctrico, etc.).Para rellenar las uniones entre las piezas o partes a soldar, se utilizan varillas derelleno, denominadas material de aporte o electrodos, realizadas con diferentesaleaciones, en función de los metales a unir. En la soldadura, las dos o más piezasmetálicas son calentadas junto con el mate1.1 Clasificación de los procesos de soldadura.Se pueden distinguir primeramente los siguientes tipos de soldadura: 244
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN. 245
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN.1.2 Soldadura blanda y fuerte.La soldadura fuerte y la blanda son técnicas de soldadura heterogéneas. Se realizaentre dos piezas del mismo metal o de metales diferentes, utilizando como metalde aportación una aleación de menor temperatura de fusión que la de las piezas aunir.Para realizar la soldadura se funde el metal de aportación y se calientan lassuperficies a unir, sin fundirlas. En esas condiciones la soldadura se produce por ladifusión de átomos del metal de aportación en el metal base dando lugar a unasolución sólida.En la elección del metal de aportación para realizar la soldadura deben tenerse encuenta los siguientes puntos: • El metal de aportación debe tener una temperatura de fusión del orden de 100º C inferior a la de fusión del metal base. • Uno de los elementos de la aleación del metal de aportación debe ser capaz de difundirse en el metal base y formar una solución sólida con él. • El tiempo y la temperatura de trabajo deben ser lo suficientemente reducidos para que no se modifique la microestructura del metal base.El metal fundido no debe tener la capacidad de disolver gases, que despuésdeberían liberarse durante el proceso de solidificación.Para realizar la soldadura es necesario que las superficies a unir estén limpias.Durante la realización de la soldadura se puede producir la formación de óxido, porlo que este tipo de soldadura se realiza añadiendo fundente. La misión de estasustancia es mantener limpio el metal fundido, para ello disuelve el óxido existentey se combina con él formando una capa de escoria ligera que cubrirá a lasoldadura protegiéndola de la oxidación. El fundente no formará parte de lasoldadura, el residuo formado por él quedará inerte sobre la junta soldada.La temperatura del metal de aportación en el caso de la soldadura blanda esinferior a 400º C, y en el caso de la soldadura fuerte superior.1.3 Soldadura blanda.Es una técnica de soldadura heterogénea, en la que se unen dos piezas metálicasdel mismo o de diferentes metales, mediante una aleación de bajo punto de fusión,inferior a los 400º C. 246
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN.Para realizar la unión se funde el metal de aportación, pero la temperatura decalentamiento es baja y los bordes de las piezas a unir no llegan a fundirLas aleaciones que se utilizan más comúnmente para realizar la soldadura son unaaleación estaño – plomo o estaño – plata. La unión se consigue por la combinacióndel estaño fundido con los metales de las piezas a unir. La plata fundida penetra enlos metales a unir por capilaridad. El plomo se utiliza únicamente para abaratar elcoste de la soldadura, ya que no tiene afinidad por los metales para los quenormalmente se utiliza esta técnica.La naturaleza de los fundentes es diferente según el material a unir y el tipo deóxidos que se originen. Se utilizan por ejemplo: sales o ácidos inorgánicos, como elácido clorhídrico, que dan buenos resultados, pero sus residuos deben limpiarse alfinalizar la soldadura; resinas cuando la aplicación de la soldadura exige que nosea conductora de la electricidad.1.3.1 Proceso de la soldadura blanda.La realización de la soldadura blanda consta de las siguientes operaciones: • Ajuste de las piezas: Las piezas deben colocarse lo más juntas posibles para que el espacio entre ellas quede completamente lleno de soldadura. Y deben fijarse para que no se produzcan desplazamientos entre ellas que debiliten la soldadura. • Limpieza de las superficies: Esta operación se podrá realizar por procesos mecánicos o químicos según la naturaleza de la suciedad. Es fundamental eliminar las capas de material depositadas sobre la superficie para que la soldadura se produzca entre las superficies a unir. • Aplicación del fundente: El fundente puede depositarse en la junta de unión, una vez estén limpias y fijadas las piezas a unir. El fundente ejercerá su acción cuando se caliente. También es común la utilización de varillas de metal de aportación con metal de fundente, para que este vaya liberándose a la vez que se realiza la soldadura. • Calentamiento: Como la unión se produce por disolución de un metal en otro es necesario que el metal a unir esté tan caliente como el metal de aportación, a una temperatura lo suficientemente elevada para que se produzca la aleación. Para calentar los metales se utiliza un soldador o cautín, formado por una pieza de cobre con un mango aislante que se calienta en una fragua, con llama de acetileno, butano... También puede lograrse la fusión del metal de aportación aplicando directamente una llama. 247
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN. • Enfriamiento: Durante esta fase, en la que el metal de aportación está en estado líquido, se deben evitar cualquier movimiento de las piezas hasta que haya solidificado la soldadura. • Limpieza: Una vez finalizada la soldadura, si se han usado fundentes salinos, hay que eliminarlos mediante un cepillado y lavado adecuado para evitar que puedan producir corrosiones.1.3.2 Aplicación de la soldadura blanda.El objetivo fundamental de estas soldaduras no es proporcionar una elevadaresistencia, sino asegurar una conexión firme permanente, no porosa y concontinuidad metálica. En las aplicaciones en que sea necesario habrá queasegurar la resistencia mecánica por otros medios, antes de realizar la soldadura.Como se realiza entre metales diferentes es común la formación de paresgalvánicos, que en presencia de humedad pueden originar la corrosión de lasoldadura. Para evitar este efecto se protege la soldadura mediante pinturas ograsas que la aíslen de la humedad.Este tipo de soldaduras no debe utilizarse a temperaturas elevadas, debido a quela aleación de la soldadura es de bajo punto de fusión.Esta soldadura se utiliza en la fabricación de depósitos y recipientes quecontengan gases o líquidos a presión ordinaria. Se utilizan también para establecerbuenos contactos en las conexiones eléctricas.1.4 Soldadura fuerte.También se denomina soldadura amarilla o dura. La técnica es muy similar a la dela soldadura blanda, se basa en la utilización de un metal de aportación que fundaa una temperatura menor que los metales a unir y que los moje. La temperatura defusión de las aleaciones utilizadas como metal de aportación en esta técnica essuperior a los 400º C, y por tanto más próxima a la de los metales a soldar.Los metales de aportación utilizados se pueden separar en tres grupos: • Cobre y aleaciones de cobre: Las más usuales son: el cobre puro, que se utiliza para soldar productos férreos a temperaturas próximas a 1180º C y que tiene gran capacidad de penetración en las juntas; el latón utilizado también para aleaciones férreas pero a menores temperaturas; y las aleaciones cobre – fósforo para aleaciones que no contengan níquel ni hierro. • Aleaciones de plata: Que se realizan a temperaturas entre 600 y 870º C, evitando transformaciones indeseables en la estructura de 248
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN. los metales que se unen. Su utilización se debe a la baja tensión superficial que presenta la plata en estado líquido, produciéndose la unión debido a la penetración de este metal por capilaridad en el metal base. Las másutilizadas son las aleaciones latón-plata. • Aleaciones aluminio – silicio: Que se utilizan para soldar este metal y sus aleacionesPara evitar la formación de óxidos se recurre a la utilización de fundentes. El tipode fundente dependerá de la naturaleza de los óxidos que se formen. Para óxidosde hierro, níquel, plata, zinc.. se utilizan mezclas de bórax o ácido bórico. Paraóxidos de aluminio hay que recurrir a mezclas de cloruro o fluoruros. Para evitar lautilización de fundentes de puede recurrir a realizar la soldadura en atmósferareductora, como puede ser atmósfera de hidrógeno o de amoníaco disociado.1.4.1 Proceso de la soldadura fuerte.La realización de una soldadura fuerte implica las siguientes operaciones: • Diseño y ajuste de piezas: La penetración de la soldadura por capilaridad y su espesor dependen de la separación de las superficies a unir. La distancia entre las piezas estará entre 0.07 y 0.4mm que producen suficiente capilaridad sin suponer un elevado precio para lograr el ajuste. • Calentamiento y aplicación del metal de aportación: Lo más común es aplicar el fundente y calentar con llama los metales a unir, hasta la temperatura de fusión del metal de aportación, que se aplica en forma de varilla una vez calentadas las piezas. Se utilizan otras técnicas en que el metal de aportación y el fundente se colocan en forma de placas o alambres entre la superficies a unir antes del calentamiento o después de calentar las piezas. El calentamiento de los metales puede hacerse en la fragua, con soplete, en hornos... • Enfriamiento: Deben inmovilizarse las piezas mientras se produzca el enfriamiento y solidificación del metal de la soldadura. • Limpieza: Se elimina el exceso de soldadura y si se ha utilizado fundente los residuos quepuedan producir corrosión.1.4.2 Aplicaciones.La soldadura fuerte proporciona una unión con resistencia mecánica, a la fatiga y ala corrosión bastante superior a la obtenida con soldadura blanda. Suele utilizarsepara recargar piezas desgastadas, reparar defectos en piezas moldeadas y realizaruniones entre metales y materiales cerámicos. 249
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN.Se utiliza comúnmente para la fijación de las plaquitas de metal duro a losportaherramientas en las máquinas de herramientas.1.5 Cordón de soldadura.El cordón de soldadura tiene tres partes bien diferenciadas: • Zona de soldadura: Es la zona central, que está formada fundamentalmente por el metal de portación. • Zona de penetración. Es la parte de las piezas que ha sido fundida por los electrodos. La mayor menor profundidad de esta zona define la penetración de la soldadura. Una soldadura de poca penetración es una soldadura generalmente defectuosa. • Zona de transición. Es la más próxima a la zona de penetración. Esta zona, aunque no ha sufrido la fusión, sí ha soportado altas temperaturas, que la han proporcionado un tratamiento térmico con posibles consecuencias desfavorables, provocando tensiones internas. Las dimensiones fundamentales que sirven para determinar un cordón de soldadura son la garganta y la longitud. Figura 1.1 Cordón de soldadura.1.5.1 Clasificación de los cordones de soldadura.Los cordones de soldadura se pueden clasificar: • Por la posición geométrica de las piezas a unir. - Soldaduras a tope. (Figura 1.2 A). - Soldaduras en ángulo. (Figura 1.2 b). 250
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN. Figura 1.2 Tipos de cordón según la geometría de la pieza. A. Soldadura a tope. B. Soldadura en ángulo. • Por la posición del cordón de soldadura respecto al esfuerzo (Figura 1.3): - Cordón frontal. - Cordón lateral. - Cordón oblicuo. Figura 1.3 Tipos de cordón respecto el esfuerzo. A. Cordón frontal. B. Cordón lateral. C. Cordón oblicuo. • Por la posición del cordón de soldadura durante la operación de soldar (Figura 1.4): - Cordón plano (se designa con H). - Cordón horizontal u horizontal en ángulo (se designa por C). - Cordón vertical (se designa con V). - Cordón en techo o en techo y en ángulo (se designa con T). 251
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN. Figura 1.4 Posición del cordón durante la operación de soldar.1.5.2 Recomendaciones para la ejecución de cordones.Durante el soldeo proporcionamos calor que se propaga a lo largo y ancho de laspiezas, produciéndose: • Un enfriamiento más o menos rápido de las partes de las piezas en las que la temperatura ha superado la del punto crítico del acero. • Contracciones de las zonas calentadas al enfriarse posteriormente.La velocidad de enfriamiento de la pieza tiene un efecto importante sobre lamodificación de la estructura cristalina del metal, lo cual se traduce en unamodificación de sus características mecánicas y, en especial, en un aumento de sufragilidad.Las contracciones, si operasen sobre piezas con libertad de movimiento, sóloproporcionarían deformaciones, pero como las piezas tendrán ligaduras, nosaparecerán, además, tensiones internas, que serán mayores a medida que laproducción de calor sea mayor o, lo que es equivalente, a medida que las piezassean más gruesas.Las deformaciones que nos aparecen pueden dividirse en deformaciones linealesy deformaciones angulares.Podemos eliminar estas deformaciones y tensiones internas si seguimos lassiguientes indicaciones: • Soldaduras de cordones múltiples: se recomienda que una soldadura de varios cordones se realice depositando éstos en el orden de la figura 12. El último cordón conviene que sea ancho para que la superficie de la soldadura sea lisa. 252
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN. Figura 1.5 Recomendación de soldadura para cordones múltiples. • Soldaduras continuas: cuando la longitud de la soldadura no sea superior a 500 mm se recomienda que cada cordón se empiece por un extremo y se siga hasta el otro sin interrupción en la misma dirección. Cuando la longitud está comprendida entre 500 y 1000 mm se recomienda empezar por el centro de cada dirección. Figura 1.6 Recomendación para soldadura continuas. • Uniones en ángulo con soldaduras cruzadas: cuando sólo son dos los cordones que se cruzan debe seguirse la disposición A, ya que aunque parece que la disposición B evita las tracciones biaxiales, el efecto de entalla es más desfavorable.Figura 1.7 Recomendación para soldaduras cruzadas en dos direcciones. A. Correcta. B. Incorrecta.Cuando se trata de tres cordones, el efecto de tracción triaxial y su consecuentepeligro de rotura frágil recomienda que se utilice la configuración A, en lugar de laB, a pesar del efecto de entalla, aunque la mejor solución es evitar la concurrenciade tres cordones en un punto. 253
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN.Figura 1.8 Recomendación para soldaduras cruzadas en dos direcciones. A. Incorrecta. B. Correcta.1.6 Defectos en las soldaduras.Los posibles defectos de las soldaduras son los siguientes: • Porosidad: Se usa para describir los huecos globulares, libre de todo material sólido, que se encuentra con frecuencia en los cordones de soldadura. En realidad, los huecos son una forma de inclusión que resulta de las reacciones químicas que tienen lugar durante la aplicación de la soldadura. Difieren de las inclusiones de escoria en que contienen gases y no materia sólida. Los gases que forman los huecos se derivan de los gases liberados por el enfriamiento del metal de la soldadura, como consecuencia de la reducción de solubilidad al descender la temperatura y de las reacciones químicas que tienen lugar dentro de la propia soldadura. • Inclusiones no Metálicas: Son los óxidos no metálicos que se encuentran a veces en forma de inclusiones alargadas y globulares en los cordones de soldadura. Durante la formación del depósito y la subsecuente solidificación del metal de la soldadura, tienen lugar muchas reacciones químicas entre los materiales (fundente), o con la escoria producida. Algunos de los productos de dichas reacciones son compuestos no metálicos, solubles solo en cierto grado en el metal fundido. Debido a su menor densidad, tienden a buscar la superficie exterior del metal fundido, salvo que encuentren restricciones para ello. • Agrietamiento: El agrietamiento de las juntas soldadas ocurre por la presencia de esfuerzos multidireccionales localizados que en algún punto rebasan la resistencia máxima del metal. Cuando se abren grietas durante la soldadura o como resultado de ésta, generalmente solo es aparente una ligera deformación de la pieza de trabajo. Después que se ha enfriado una junta soldada, hay mas probabilidades de que ocurra agrietamiento cuando el material es 254
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN. duro o frágil. Un material dúctil soporta concentraciones de esfuerzo que pudieran ocasionar falla en un material duro o frágil. • Agrietamiento del metal de la soldadura: El agrietamiento del metal de la soldadura tiene mas probabilidades de ocurrir en la primera capa de soldadura que en cualquier otra parte, y de no repararse continuará pasando a las demás capas al ir siendo depositadas. Esta tendencia de continuar hacia las demás capas sucesivas se reduce considerablemente, o se elimina, con metal de soldadura austenítico. Cuando se encuentra el problema de agrietamiento de la primera capa de metal de la soldadura, pueden lograrse mejoras aplicando uno o más de las siguientes modificaciones: Modificar la manipulación del electrodo o las condiciones eléctricas, lo que cambiará el contorno o la composición del depósito. Disminuir la rapidez de avance, para aumentar el espesor del depósito, aportando con ello mas metal de soldadura para resistir los esfuerzos que se están generando. Auxiliarse con precalentamiento, para modificar la intensidad del sistema de esfuerzos que está imponiendo. • Penetración incompleta: Esta expresión se usa para describir la situación en que el metal depositado y el metal base no se funden en forma integral en la raíz de la soldadura. Puede ser ocasionada porque la cara de la raíz de la soldadura de ranura no alcance la temperatura de fusión a toda su altura, o porque el metal de la soldadura no llegue a la raíz de una soldadura de filete, y deje el hueco ocasionado por el puenteo del metal de la soldadura desde un miembro al otro. Aunque la penetración incompleta puede deberse en unos cuantos casos a la falta de disolución de los óxidos e impurezas de la superficie, las condiciones de transmisión de calor que existen en la junta son una fuente más frecuente de este defecto. La penetración incompleta es indeseable, particularmente si la raíz de la soldadura está sujeta ya sea a tensión directa o a esfuerzos flexionantes. El área que no se funde permite concentraciones de esfuerzos que pueden resultar en fallas sin deformación apreciable. • Socavamiento: Se emplea este término para describir: - la eliminación por fusión de la pared de una ranura de soldadura en el borde de una capa o cordón, con la formación de una depresión marcada en la pared lateral en la zona a la que debe unirse por fusión la siguiente capa o cordón. 255
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN. - la reducción de espesor en el metal base, en la línea en la que se unió por fusión el último cordón de la superficie. El socavamiento en ambos casos se debe a la técnica empleada por el operador. Ciertos electrodos, una corriente demasiado alta, o un arco demasiado largo, pueden aumentar la tendencia al socavamiento. • Garganta insuficiente: Puede ser debido a una depresión en la cara de la soldadura de filete, disminuyendo la garganta, cuya dimensión debe cumplir la especificación dada por el proyectista para el tamaño del filete. • Solape: Es la porción que sobresale del metal de soldadura más allá del límite de la soldadura o de su raíz. Se produce un falso borde de la soldadura, estando el metal de soldadura apoyado sobre el metal base sin haberlo fundido (como que se derramó el metal fundido sobre el metal base). Puede resultar por un deficiente control del proceso de soldadura, errónea selección de los materiales, o preparación del metal base inapropiados. Si hay óxidos fuertemente adheridos al metal base, provocarán seguramente esta discontinuidad. Este metal de soldadura, que ha sido derramado sobre el metal base, es una discontinuidad superficial que forma un concentrador de tensiones similar a una fisura y, por consiguiente, casi siempre es considerada inadmisible (defecto). • Rechupes : Es la falta de metal de soldadura resultante de la contracción de la zona fundida, localizada en la cara de la soldadura. • Salpicaduras: Son los glóbulos de metal de aporte transferidos durante la soldadura y adheridos a la superficie del metal base, o a la zona fundida ya solidificada. Es inevitable producir cierto grado de salpicaduras, pero deben limitarse eliminándose, aunque más no sea por estética, de la superficie soldada.1.7 Ensayos en las soldaduras.Los ensayos a los que podemos someter a las soldaduras se dividen en: • Ensayos no Destructivos: Son métodos de ensayo que permiten detecta y evaluar discontinuidades, estructuras o propiedades de materiales, componentes o piezas sin modificar sus condiciones de uso. Entre la cuales podemos destacar las siguientes: 256
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN. - Ensayos visuales: Se pueden hacer a simple vista o con el uso de aparatos para inspeccionar si la soldadura tiene defectos superficiales. - Ensayos con rayos x o rayos gamma: En estos ensayos se intenta conocer o determinar el tamaño de fracturas internas en piezas metálicas o uniones soldadas, para ello se toman fotografías radiográficas de las piezas o uniones, luego estas fotografías se revelan en placas especiales, posteriormente se realiza el análisis sobre las mismas y en ellas los defectos se ven en una forma muy similar a la cual se aprecian los huesos rotos en una radiografía de un ser humano. Este método se suele utilizar en piezas y uniones soldadas pequeñas debido a las precauciones que se deben tener al manejar el equipo de rayos X. - Pruebas magnéticas: Este tipo de pruebas se realiza sobre piezas o soldaduras con el propósito de detectar grietas o fallas superficiales, en las mismas se utilizan partículas ferromagnéticas coloreadas, se limpia y pule la superficie de la soldadura y se aplican estas partículas con una brocha. Se magnetiza la soldadura con una fuerte corriente eléctrica. Si hay una grieta o falla en la soldadura, las partículas de hierro se adherirán en los bordes de la grieta y producirá una línea coloreada del diámetro de un cabello. Pruebas con tintas penetrantes: En este tipo de ensayos se intenta determinar la existencia de discontinuidades, defectos superficiales o fisuras internas que lleguen a la superficie. Estas técnicas representan un complemento para la inspección visual ya que las mismas consisten en rosear la pieza a analizar con estas tintas coloreadas para luego aplicar otra sustancia que funciona como revelador y poder así realizar una inspección más fiable. - Pruebas de ultrasonido: En esta tipo de ensayos se intenta determinar defectos internos y discontinuidades de diversa índole en materiales ferrosos, no ferrosos, así como también en todo tipo de soldaduras. En estos ensayos se generan ondas o vibraciones mecánicas ultrasónicas con un cabezal de cristal llamado palpador que funciona como emisor y receptor de ondas, dicho palpador está conectado a un display que muestra la intensidad de las ondas que recibe, analizando esta intensidad se puede determinar el estado interno de la pieza o soldadura que se intenta analizar. • Ensayos Destructivos: Si la soldadura va a ser parte de un conjunto o estructura grande, se pueden efectuar pruebas destructivas en muestras o probetas, similares a la unión soldada 257
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN. real. En estas pruebas se dobla, tuerce o se trata de separar por tracción (estiramiento) la soldadura para determinar si hay fallas. Estas son pruebas sencillas que se pueden efectuar en cualquier taller de soldadura sin necesidad de un equipo costoso. 258
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN.2 SOLDADURA POR REACCIONES QUÍMICA.Como se ha visto anteriormente en la soldadura por reacción química se puedediferenciar tres categorías principales, las cuales se van a definir a continuación;estas son las siguientes: • Soldadura con llama. • Soldadura por explosión. • Soldadura aluminotérmica.2.1 Soldadura con llama.La soldadura por llama es un procedimiento de soldadura por fusión en el cual elcalor necesario es aportado por la combustión de un gas combustible y un gascomburente, normalmente acetileno y oxígeno. La protección del baño de fusióntiene lugar por la acción de los propios gases de la llama, aunque en ocasiones esnecesario el uso de fundentes para desoxidar las piezas a unir.El material de aporte se aplica mediante una varilla de forma independiente a lafuente de calor.2.1.1 Ventajas e inconvenientes de la soldadura con llama.Las ventajas que tiene este método son las siguientes: • El soldador controla la fuente de calor de forma independiente al control del material de aporte. • Buen control de la temperatura de la zona calentada. • El equipo de soldeo necesario es de bajo coste y ofrece la posibilidad de emplearlo sin necesidad de suministro de energía eléctrica.Mientras que las limitaciones que presenta son: • El proceso es lento, con baja tasa de deposición. • Se producen grandes deformaciones y grandes tensiones internas en las piezas, debido a que la energía aportada está repartida en un área muy grande. Además, la zona afectada por el calor es muy ancha. 259
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA ARA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN.2.1.2 Métodos de soldadura soldadura.En función del sentido en que se desplazan el soplete y la varilla de aporte, sedistinguen dos métodos de soldadura: • Soldadura a izquierdas o hacia adelante: e este método el en soplete y la varilla se desplazan de derecha a izquierda, con la varilla por delante. La llama va precalentando el material y lo arrastra en el sentido de avance, por lo qu empeora su que penetración. La inclinación de la varilla respecto a la superficie a soldar debe ser de entre 60º y 70º mientras que la inclinación del soplete es función del espesor y tipo de material a soldar. Así, en metales de bajo punto de fusión la inclinación debe ser de entre 25º inclinación y 45º, mientras que metales de mayor punto de fusión y cuando se requiera mayor penetración se puede llegar hasta los 90º. • Soldadura a derechas: en este método el desplazamiento del n soplete y de la varilla tiene lugar de izquierda a derecha, con la izquierda llama por delante lo que favorece la penetración. En este caso, para la ejecución de la soldadura, el movimiento de oscilación se le imprime a la varilla. Es un método es más complejo que el método a izquierdas, pero los cordones presentan mejores características y presentan puede soldarse cualquier espesor. La llama se obtiene mediante la combustión de una mezcla de gas combustible y gas comburente (oxígeno). Figura 2.1 Métodos de soldadura.2.1.3 Zonas de la llama. 1. Zona de mezcla preliminar: donde tiene lugar la mezcla de los onde gases. 2. Cono azul: donde la mezcla se calienta hasta la temperatura de inflamación, sin que tenga lugar la combustión. 260
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN. 3. Zona de combustión: donde tiene lugar la reacción de combustión, provocando un aumento de la temperatura. La combustión puede ser completa o no, dependiendo de la proporción entre el combustible y el comburente, por lo que esta zona también se conoce como zona de combustión primaria. 4. Dardo o cono luminoso: zona utilizada en la soldadura propiamente dicha, por ser la de máxima temperatura. Se caracteriza por tener un color blanco deslumbrante. 5. Zona reductora o de mezcla secundaria: donde se mezclen los productos que se obtienen de la combustión primaria. Determina el carácter químico de la llama. 6. Penacho: donde tiene lugar la combustión de los productos obtenidos en la combustión primaria al entran en contacto con el oxígeno del aire. Figura 2.2 Zonas de la llama. 1. Mezcla. 2. Zona de combustión. 3. Dardo. 4. Zona reductora. 5. Penacho.2.1.4 Aplicaciones de la soldadura por llama.Hoy en día la soldadura por llama es un proceso que ha sido casi completamentedesplazado por otros métodos de soldeo y se emplea únicamente con ciertaprofusión, corte y en el conformado de chapas por líneas de calor (muy empleadaen astilleros e industria e calderería pesada en general). A pesar de todo, es unproceso que se sigue empleando en algunos talleres de chapa y pintura deautomóviles y en reparación de matrices de estampación realizadas en fundición,dadas sus características de aplicación: 261
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN. • Pequeñas producciones. • Pequeños espesores. • Trabajos en campo. • Soldaduras con cambios bruscos de dirección o posición.Si clasificamos el tipo de llama en función de su aplicación obtenemos la siguienteclasificación: Aplicaciones Tipo de llama Acero Fundición Cobre Aluminio Latón Llama de No No No No Noacetileno puro adecuada adecuada adecuada adecuada adecuada Llama No No No Aceptable Aceptable carburante adecuada adecuada adecuada No Llama neutra Aceptable Aceptable Aceptable Aceptable adecuada No No No NoLlama oxidante Aceptable adecuada adecuada adecuada adecuada Tabla 2.1 Clasificación de las llamas según su aplicación.2.1.5 Equipo necesario en la soldadura con llama.El equipo de soldeo por llama está compuesto por: • Soplete. • Botellas de acetileno y de oxígeno. • Manorreductores. • Mangueras. • Válvulas de retención o de seguridad.La parte principal del equipo es el soplete (Figura 2.3), es la parte del equipodonde se mezclan los gases combustible y comburente en proporción adecuada, 262
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN.de forma que exista un equilibrio entre la velocidad de salida y la de inflamación.Permite, además, el control y el direccionamiento de la llama. Está formado por: • Boquilla: Es una tobera intercambiable para controlar el flujo de gas por medio del diámetro del orificio de salida. • Cámara de mezcla: Es donde tiene lugar la mezcla de combustible y comburente. Existen dos tipos: - De sobrepresión: el oxígeno y el gas combustible están a la misma presión y viajan a la misma velocidad, mezclándose al juntarse las direcciones de ambos. - De inyección o aspiración: el gas combustible se encuentra a baja presión y es aspirado por la corriente de oxígeno de alta velocidad. • Válvulas de entrada de gas: Permiten regular el caudal, la presión, la velocidad y la proporción entre el gas combustible y el oxígeno. Figura 2.3 Soplete. 1. Válvula de control de caudal de gas. 2. Cámara de mezcla. 3. Boquilla. 4. Entrada de oxigeno. 5. Entrada de acetileno.El resto de la instalación está formado por: • Botellas de acetileno y de oxígeno: En la mayoría de los talleres de soldadura, tanto el acetileno como el oxígeno que se utilizan en la soldadura por llama se almacenan en botellas. Aunque en las grandes industrias el oxígeno se puede canalizar desde un tanque criogénico que contiene oxígeno en estado líquido y el acetileno se puede producir directamente por un generador. 263
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN. • Manorreductores: Son unos dispositivos que se conectan a las válvulas de seguridad, que a su vez están conectadas a las botellas. Son los encargados de suministrar el gas a la presión requerida para el trabajo y, además, deben mantener constante el caudal del gas al ir disminuyendo la presión de las botellas. • Mangueras: Son las encargadas de transportar el gas desde los cilindros hasta el soplete. Normalmente, para poder distinguir qué gas circula por cada manguera suelen utilizarse mangueras de color azul para el oxígeno y rojo para el acetileno. • Válvulas de retención o de seguridad: Son unos dispositivos que tienen la misión de: - Impedir la entrada de oxígeno en el conducto que suministra el acetileno. - Impedir el retroceso de la llama a las mangueras y botellas. - Impedir el suministro durante y después de un retroceso de llama. - Este tipo de válvulas debe tener los siguientes elementos: - Válvula antirretroceso, que permite la circulación del gas en un solo sentido. - Válvula de corte térmico, que se cierra cuando detecta un aumento de temperatura. - Sinterizado microporoso, es el encargado de apagar la llama de retroceso. Figura 2.4 Equipo completo de una soldadura con llama. 264
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN.2.1.6 Metales de aportación.Son varillas de metal que se funde y se aporta a la unión para formar el cordón desoldadura. El diámetro de estas varillas depende del espesor de la pieza y delmétodo de soldadura empleado. Así, cuando se suelda a izquierdas se recomiendaque el diámetro de la varilla sea 1mm superior a la mitad del espesor de la pieza;mientras que cuando se suelda a derechas se recomienda utilizar una varilla dediámetro igual a la mitad del espesor de la pieza.El metal de la varilla debe tener la misma resistencia que el metal base, por lo quese utilizan aleaciones de composición similar a la del metal a soldar y se establecela siguiente clasificación: • Soldadura de aceros inoxidables: se utilizan varillas de acero inoxidable con la misma composición que la del metal base, aleado con titanio que actúa como estabilizador impidiendo la oxidación. • Soldadura de aceros al carbono : se utilizan varillas de acero al manganeso o níquel con cargas de rotura superiores a las del metal base. • Soldadura de aceros especiales: se utilizan varillas de aceros al cromo-vanadio o cromo-molibdeno. • Soldadura de cobre y sus aleaciones: se utilizan varillas de cobre aleadas con silicio, plata o estaño. • Soldadura de aluminio y sus aleaciones: se pueden utilizar varillas de aluminio similar al que se quiere soldar o bien varillas de una aleación de aluminio y silicio. Al añadir silicio se obtienen cordones de más calidad y se reduce el punto de fusión de la varilla de aporte. • Soldadura de latones y bronces: se utilizan varillas o bronces de la misma composición que los metales que se quieren soldar.2.1.7 Fundentes.Los fundentes son sustancias que se añaden al cordón de soldadura durante elproceso de soldeo para disolver los óxidos, evitando la contaminación del baño y laformación de nuevos óxidos por reacción con el oxígeno del aire. Se suministranen disolución, pasta polvo o como recubrimiento de las varillas. Para aplicar losfundentes se calienta el extremo de la varilla o se introduce en el fundente, y amedida que se va consumiendo la varilla se repite esta operación. Otra forma deaplicarlos es espolvorearlos sobre el metal base o, en caso de que sean en formade pasta, se aplican con un pincel. El fundente debe ser fácil de eliminar alterminar la soldadura, pues pueden ser corrosivos y dañar el cordón. En funcióndel metal a soldar, los fundentes que se utilizan son: 265
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN. • Para materiales férreos: se utilizan fundentes de bicarbonato sódico, silicato sódico,… • Para el cobre y sus aleaciones: se utilizan boratos de sodio y potasio, carburos, cloruros,… • Para el aluminio, magnesio y sus aleaciones: se utilizan fundentes compuestos por cloruros y fluoruros alcalinos.2.2 Soldadura por explosión.La soldadura por explosión es un proceso de unión de metales en estado sólido.Utiliza la fuerza originada en una detonación controlada para lanzar un metalcontra otro, sometiendo las superficies de unión a elevadas presiones. Esto causauna deformación plástica en forma de onda en las superficies de los metales a unirque quedan mecánicamente enclavados.La soldadura por explosión se utiliza principalmente para la fabricación de chapasbimetálicas a partir de chapas de los metales que la compongan.El proceso es muy rápido, por lo que el calor generado en la detonación no llega atransmitirse a los componentes metálicos. La unión se produce sin calentamiento ysin formación de baño de fusión, por lo que las características metalúrgicas deestas soldaduras serán diferentes a las de las soldaduras por fusión. No semodificarán las propiedades mecánicas y microestructura de los metales base, nise formará una estructura continua en la unión por solidificación.2.2.1 Descripción del proceso. • Preparación de las superficies: las dos superficies a unir deben ser tratadas previamente para que adquieran una rugosidad uniforme, que dependerá del material y el grosor de las placas metálicas. Los valores de rugosidad suelen estar entre Ra = 1 y 3 µm. • Montaje: las placas se colocan paralelas, separadas una determinada distancia. La placa fija, que es normalmente la más gruesa, se coloca sobre una superficie de apoyo. La placa móvil se apoya sobre la fija, mediante unos soportes en sus extremos. Estos son fácilmente expulsados del sistema durante la unión, por lo que no es importante de qué material estén fabricados. Cuando la placa móvil es de gran tamaño, puede pandear si solo se apoya sobre los soportes externos, por lo que se hace necesario disponer una serie de soportes entre las placas para mantener la distancia de separación. Estos soportes deberán ser ligeros para que puedan ser arrastrados por el chorro, o quedar como 266
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN. inclusiones metálicas dentro de la soldadura. Es común que se fabriquen de cintas de metal o de espuma. • Carga del explosivo: alrededor del borde de la placa móvil se coloca un marco para contener el material explosivo. La altura del marco se calculará para lograr en la explosión una determinada energía específica por unidad de superficie. El material explosivo se elegirá para conseguir una determinada velocidad de detonación (que es la velocidad con que avanza el frente de detonación por la capa de explosivo), elegida en función de los metales a unir. El explosivo, que puede ser granular o líquido, se coloca sobre la placa móvil distribuido uniformemente. El detonador se coloca en una localización adecuada en la superficie de la placa. El rango de detonación requerido para la soldadura por explosión es inferior al de los explosivos más comercializados. Consecuentemente, la mayoría de los usuarios de esta técnica usan mezclas de explosivos propias. Las características apropiadas de detonación pueden alcanzarse por mezclas de explosivos comerciales como amatol, dinamita o NCN. • Proceso de unión: el detonador o carga iniciadora se enciende eléctricamente, originando un frente de detonación que avanza a lo largo de la capa de explosivo a la velocidad de detonación. La explosión lanza la placa móvil contra la fija con un determinado ángulo y velocidad de impacto. El impacto resultante produce un presión muy alta y localizada en el punto de choque. Durante el proceso de unión, las capas atómicas superficiales de ambas placas pasan a estado plasma y el impacto lo expulsa en forma de chorro, arrastrando las impurezas de las superficies a unir. El espesor restante no se ve afectado por el calor. Las superficies limpias son las que impactan a grandes presiones y se forma un borde de unión consistente en una transición brusca de la placa fija a la móvil, sin fusión ni difusión y sin variar las propiedades de los metales originales. • Alisado: la energía de unión genera una deformación elevada, haciendo necesario un alisado o enderezado previo a operaciones posteriores. El equipamiento necesario es del mismo tipo que el usado en la fabricación de las placas. • Preparación de la pieza (del producto) requerida: debido a los efectos del proceso en los bordes, es una práctica habitual cortar el producto de una placa más grande, después de unirla. Las opciones del proceso varian con la combinación de metales e incluyen oxicorte, corte por plasma, corte por chorro de agua, serrado y mecanizado. 267
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN. • Tratamientos térmicos: la mayoría de los sistemas metálicos no requieren procesos posteriores de tratamientos térmicos. Sin embargo, algunas combinaciones proporcionan propiedades superiores si se eliminan las tensiones residuales después de la unión.2.2.2 Parámetros de control del proceso.La calidad de la unión se logra eligiendo previamente los parámetros adecuadospara el proceso, ya que durante la realización de esta soldadura no es posibleajustarlos. Al realizar una soldadura por explosión hay que considerar los metalesque se estén combinando, sus propiedades y el grosor de las planchas y elegir losparámetros del proceso para lograr unas condiciones adecuadas en la colisión.Los parámetros que controlan el proceso son el grado de preparación de lassuperficies a unir, el material explosivo (que determina la velocidad de detonación),la carga de explosivo (que determina la energía específica liberada) y la distanciade separación entre las placas.Las condiciones de impacto que determinan la calidad de la unión son: • Velocidad de avance del punto de impacto: si las placas son paralelas coincidirá con la velocidad de detonación. Valores pequeños producen borde de unión planos, lo que puede interesar si es primordial mantener una buena conductividad eléctrica. Si los valores son muy elevados, no se produce el chorro de material en estado plasma y no se limpian las superficies. • Velocidad de impacto: es la velocidad con que choca la placa móvil contra la fija. Su valor se deberá elegir según las propiedades de los metales. Debe ser lo suficientemente elevada para que se produzca la unión, pero tiene un valor máximo controlado por la carga de rotura del material y que evite una fusión local en el impacto. • Ángulo de impacto: es una variable controlada por la velocidad de detonación y la distancia de separación. Para que se produzca el chorro de plasma este ángulo debe superar un valor mínimo. Los valores más normales están entre 5 y 25º.2.2.3 Aplicaciones del proceso.La soldadura por explosión se utiliza comúnmente para fabricar chapasbimetálicas. Con esta técnica no aparecen los problemas derivados de la fusión delos metales y de la formación de compuestos intermedios, por lo que logracombinar metales considerados insoldables por las técnicas ordinarias. 268
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN.La operación más frecuente es la soldadura de chapas planas. Pueden soldarsedos chapas del mismo metal, de dos metales diferentes, pueden soldarse múltiplescapas (hasta de 50 láminas individuales simultáneamente) o revestir una placa demetal pesado por ambos lados simultáneamente con un montaje vertical.Se utiliza también para unir cilindros concéntricos. En este caso, el explosivopuede colocarse en el interior del cilindro interno o por fuera del externo,dependiendo del diámetro y el grosor.2.3 Soldadura aluminotérmica.La soldadura aluminotérmica es un procedimiento de soldadura utilizado en railesde vías férreas. Se basa en el proceso, fuertemente exotérmico, de reducción delóxido de hierro por el aluminio, según la fórmula: Fe2O3 + 2Al = Al2O3 + 2Fe + calorDesarrollada en 1902, esta soldadura se realiza mediante un molde refractariocolocado en los extremos de los carriles a unir, dentro del cual se vierte el acerofundido producto de la reacción, la cual se inicia con un fósforo.El óxido de hierro y el aluminio, finamente molidos, provienen de la porción desoldadura, la cual se dispone dentro de un crisol situado encima de los carriles asoldar. Una vez alcanzada la temperatura adecuada, del orden de los 2000 ° se C,produce el destape del crisol mediante un fusible situado en la base, y el colado delmetal fundido, que llena el molde.Una vez iniciada la reacción el proceso es muy rápido y el material fundido fluyedentro del molde de manera estudiada, quedando el acero entre los extremos asoldar y vertiendo la escoria de corindón en una cubeta.Existen diversos tipos de soldadura, atendiendo a la composición del acero de loscarriles y a la geometría de estos, aunque generalmente se utilizan soldaduras querequieren del calentamiento previo de los extremos a soldar y del molde donde severterá el metal fundido. El calentamiento se realiza mediante mezcla de oxígeno ypropano, o mezcla de oxígeno y gasolina.Luego del vertido se espera un lapso especificado por el fabricante de la porciónde soldadura y se procede a romper el molde y cortar las rebabas, mediantetrancha o cortamazarota, para luego realizar el pulido de la superficie de rodaduradel carril. 269
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN.Cuando se sitúan los moldes para la soldadura los huecos se rellenan con unapasta selladora, diseñada especialmente para soportar la temperatura, y así evitarfugas. 270
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN.3 SOLDADURA POR FUENTE ELÉCTRICA. SOLDADURA POR ARCO ELÉCTRICO.La soldadura por arco eléctrico es el procedimiento de soldadura más utilizado enla unión de piezas metálicas. La soldadura se produce por fusión de los bordes delas piezas a unir, debido al intenso calor originado por un arco eléctrico. Puederealizarse con o sin metal de aportación. El arco eléctrico es un flujo de electrones,es decir, una circulación de corriente entre dos elementos conductores de distintapolaridad, a través de un medio gaseoso y que se produce con grandesprendimiento de energía. En la realización de soldaduras, el arco eléctricopuede establecerse entre dos electrodos, un electrodo y la pieza o entre las dospiezas a unir.Existen diferentes formas de lograr el cebado del arco (iniciar el arco). La máscomún es poner en contacto los electrodos produciendo un cortocircuito entre losbornes del generador al que están conectados, y originando una circulación decorriente de elevada intensidad. El punto de contacto entre los electrodos, que esla zona de mayor resistencia eléctrica, se pone incandescente por efecto Joule yen estas condiciones, el gas que rodea esa zona se ioniza, es decir, se vuelveconductor. Si se separan los electrodos una pequeña distancia, la corrientecontinúa pasando originando el arco eléctrico o llama de soldar. La energíacalorífica que se desprende en estas condiciones es elevada, alcanzándosetemperaturas muy elevadas, de hasta 3500º C.Algunas máquinas de soldadura utilizan una señal de alta frecuencia superpuestaa la que se utilizará durante la soldadura para lograr el cebado. Se produce entrelos electrodos un efecto similar a una impedancia capacitiva que disminuye cuandoaumenta la frecuencia, facilitándose la circulación de corriente.Un arco eléctrico también puede saltar entre dos electrodos entre los que se existauna elevada diferencia de potencial. Sin embargo, este sistema no se utiliza pararealizar soldaduras ya que es difícil3.1 Tipo de corriente.En la realización de soldadura por arco, se puede utilizar corriente continua ocorriente alterna.Cuando se utiliza corriente continua, se alcanzan temperaturas más elevadas en elpolo positivo, por lo que se suele conectar a este polo la pieza (polaridad directa),logrando una mayor penetración de la soldadura y pudiendo utilizar intensidadessuperiores. 271
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN.En ciertos casos, sin embargo, interesa conectar la pieza al polo negativo(polaridad inversa).Cuando se utiliza corriente alterna, la polaridad de la pieza varía en cada ciclo(polaridad invertida).3.2 Soldadura por arco eléctrico con electrodo de carbón.Según la tipología del electrodo podemos definir los siguientes procesos: • Soldadura por arco entre dos electrodos de carbón: es el procedimiento más antiguo de soldadura con arco. El arco eléctrico se establece entre dos electrodos de grafito, montados en un portaelectrodos especial, y se dirigen por medio de un electroimán hacia la junta de soldadura. La unión puede realizarse sin metal de aportación o introduciendo una varilla de metal de aportación en el baño de fusión. Los electrodos serán de igual diámetro si se trabaja con corriente continua o de diámetros diferentes si se trabaja con corriente alterna. Este procedimiento está actualmente en desuso. • Soldadura por arco, con electrodo de grafito: en este procedimiento se establece el arco eléctrico entre un electrodo de grafito y el metal base. La soldadura se suele realizar con corriente continua, utilizando polaridad directa, es decir, conectando el polo positivo a la pieza y el negativo al electrodo de grafito. El electrodo se conecta al polo negativo para que se consuma lentamente y no se produzca una carburación del metal base. Reacciona formando monóxido y dióxido de carbono con el oxígeno de la atmósfera, consiguiendo proteger la zona de la soldadura, aunque suele ser necesaria la utilización adicional de fundente. Las soldaduras obtenidas con este procedimiento son de poca calidad y bajo rendimiento, por lo que se ha reemplazado esta técnica por la de electrodo metálico. Esta técnica se utilizó en máquinas automáticas de corriente continua para la soldadura en horizontal de chapas, pero actualmente está en desuso. 272
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN.3.3 Soldadura por arco sumergidoLa soldadura por arco sumergido es una de las técnicas automáticas de soldadurapor arco. El arco eléctrico se establece entre la pieza y un electrodo continuo, en elinterior de una sustancia granulada denominada flux. El electrodo, en esta técnica,no tiene revestimiento, siendo el flux el que protege al baño de fusión y al arco dela acción de los gases de la atmósfera.Las máquinas que realizan esta soldadura disponen de un cabezal soldador que sedesplaza a lo largo de la junta de unión, efectuando el cordón de soldadura.El cabezal sustituye a la pinza portaelectrodo del proceso manual. Dispone de unsistema de alimentación de la varilla con el que se alimenta la varilla paracompensar el consumo de la misma y mantener la longitud del arco constante. Enel cabeza se encuentra también un dispositivo que va depositando el flux pordelante del arco, que en algunos casos se complementa con un aspirador querecoge el sobrante de granulado detrás del arco.Esta técnica permite el uso tanto de corriente alterna como continua.3.3.1 Materiales consumibles.Podemos diferenciar los siguientes materiales: • Electrodos: los electrodos utilizados en la soldadura por arco sumergido, se clasifican, al igual que en las técnicas anteriores según su composición química. Se suministran normalmente como alambres sólidos, flejes o bandas en forma de bobina o carrete, recubiertos de cobre para mejorar la conductividad eléctrica y evitar la corrosión. También se distribuyen carretes de alambre hueco con flux en su interior. • Fluxes: son compuestos minerales mezclados, en composiciones conocidas únicamente por su fabricante. Se clasifican según las propiedades mecánicas del metal depositado que se obtienen con cada tipo de flux y un electrodo particular. Además de su composición, el procedimiento de fabricación del flux, también influye en las características del cordón fabricado. Según su procedimiento de fabricación los fluxes pueden ser fundidos, cohesionados, aglomerados o mezclados mecánicamente. 273
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN.3.3.2 Aplicaciones.Se suele utilizar para unir metales férreos y sus aleaciones y para revestirmateriales para evitar fenómenos de corrosión. La polaridad se elige según elproceso que se quiera realizar y la soldabilidad de los metales. Así, con polaridaddirecta (hilo conectado al polo negativo) se consigue una mayor dilución delmaterial aportado en el metal base, interesante si la soldabilidad de este último esbaja, y con polaridad inversa (hilo conectado al polo positivo) se consigue unamenor penetración de la soldadura en el metal base, por ejemplo en la realizaciónrecargues.Se utiliza únicamente para soldadura horizontal, para evitar derrames de flux, y noes adecuado si los metales a unir tienen un espesor inferior a 5 mm.3.4 Soldadura por electroescoria.En esta técnica se hace circular una corriente eléctrica a través de una masa deescorias en estado líquido, con gran desprendimiento de calor por efecto Joule,debido a la resistencia eléctrica de la escoria. Es un procedimiento automático.La soldadura se realiza colocando las piezas a unir a una distancia de entre 15 y30 mm, con la junta en posición vertical. Las piezas se apoyan sobre una planchade acero, que constituirá el fondo, y a los lados de la junta se colocan unas placasde cobre, refrigeradas por agua que se desplazarán verticalmente en el sentido dela soldadura, para evitar que se viertan la escoria y el metal fundido fuera de lajunta.En el interior de la junta se colocan unos hilos de electrodo, cuyo númerodependerá del espesor de las piezas. Para iniciar el proceso se ceba un arcoeléctrico entre los hilos y la placa de acero del fondo, que se mantiene hasta quese llena el hueco del fondo con metal fundido y fundente. A partir de ese momento,el calentamiento se produce por efecto Joule, debido a la corriente eléctrica queatraviesa la capa de escoria que flota sobre el metal fundido por debajo de loselectrodos.3.4.1 Materiales consumibles.Donde podemos diferenciar los siguientes materiales: • Electrodos: los electrodos que se utilizan en este procedimiento son continuos y pueden estar recubiertos de una guía que también funda durante el proceso. Si no tienen la guía, habrá que utilizar guías externas que se vayan retirando mediante algún sistema mecánico cuando avance la soldadura verticalmente. 274
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN. Normalmente se utilizan electrodos sólidos, aunque también se han ensayado electrodos huecos con núcleo de fundente. • Fundente: el fundente que se utilice en este proceso debe cumplir una serie de propiedades: Tener elevada resistividad eléctrica en estado líquido, para que se produzca calor suficiente para fundir el metal base y los electrodos. Tener viscosidad adecuada, para conseguir los siguientes objetivos: - Distribución uniforme de la escoria que proporcione un calentamiento también uniforme. - Decantación fácil de la escoria que flote sobre el baño protegiéndolo y evitando las inclusiones. - Fluidez suficiente para que no se produzcan fugas de la escoria líquida a través de las juntas.3.4.2 Aplicaciones.Debido al elevado calentamiento del metal base durante la realización de lasoldadura, se produce una recristalización en el metal que empeora suspropiedades mecánicas. Para evitarlo es necesario someter a las piezas atratamientos térmicos posteriores para lograr un refinamiento del grano.Se utiliza para fabricar placas que por su espesor o dimensiones no secomercialicen y para fabricación de recipientes de pared gruesa. Es idóneo parasoldar grandes piezas de fundición y forja de acero, aluminio, titanio, etc.3.5 Soldadura a tope por chispa.En esta técnica se produce la fusión de los bordes de las piezas a unir debido aelevado calor que produce un arco eléctrico que se establece entre las piezas aunir. Cuando se ha alcanzado una temperatura suficiente, se presionan los bordesde las piezas uno contra otro, produciéndose la unión.Las dos piezas a unir están conectadas a los bornes del generador. Para cebar elarco, se ponen en contacto, produciéndose la circulación de una corriente eléctricade elevada intensidad. Las piezas se van separándose, y la corriente siguecirculando como arco eléctrico a través del gas ionizado. Cuando los bordesalcanzan la temperatura adecuada, se interrumpe el paso de corriente y se ponenen contacto ambas piezas presionándolas una contra la otra. Se produce unadeformación del material que es expulsado hacia el exterior de la soldadura dandoorigen a un reborde, en el que quedan las escorias. 275
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN.3.5.1 Aplicaciones.Con esta técnica se producen uniones de gran calidad. Sin embargo se producecierta pérdida de material y se modifica la estructura microscópica del metal por elcalentamiento sufrido.Permite fabricar uniones en ángulo sobre chapas, barras, tubos... Puede utilizarsepara unir muchas aleaciones ferrosas y no ferrosas.Este proceso suele aplicarse para soldar herramientas de acero aleado a mangosde acero ordinario.3.6 Soldadura por arco eléctrico con gas de protección.Las técnicas de soldadura por arco eléctrico con gas de protección, pretendenreemplazar el aire localizado sobre la soldadura por una atmósfera gaseosa, paraproteger el baño fundido de la posible oxidación o contaminación.3.6.1 Propiedades de los gases de protección y su influencia en la soldadura.La función principal del gas protector es proteger el baño fundido de lacontaminación o efectos perjudiciales que puede provocar el contacto con laatmósfera. Con este objetivo, se pueden utilizar distintos gases. Los más utilizadosson: el argón (Ar), el helio (He), hidrógeno (H2), nitrógeno (N2), oxígeno (O2) ydióxido de carbono (CO2), en estado puro o mezclados. Las propiedadesparticulares del gas o mezcla de gases utilizados influirá de manera determinanteen las características de la soldadura obtenida y en el proceso de realización de lamisma.En el proceso de realización de la soldadura, el gas protector afecta al cebado yestabilidad del arco, a la velocidad de soldadura, al calor aportado a la pieza detrabajo, al transporte del metal de aportación y a la generación de gases. Ademásafecta a la penetración, a las propiedades mecánicas, a la forma y al aspecto de lasoldadura obtenida. • Potencial de ionización: el potencial de ionización indica la energía que hay que aportar a un determinado gas para hacerlo conductor. El objetivo es que los átomos de gas cedan electrones y se conviertan en partículas de gas eléctricamente cargadas. Esta propiedad está relacionada con el cebado y la estabilidad del arco. Cuanto menor sea el potencial de ionización, más fácilmente aportará el gas lo electrones tanto para el inicio como para el mantenimiento del arco. 276
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN. Por otro lado, el calor desprendido en el arco es función de la corriente, la longitud y el potencial del arco. Para igualdad de corriente y longitud de un arco, un gas con mayor potencial de ionización tendrá un mayor potencial de arco, lo que producirá un mayor desprendimiento de calor. • Conductividad térmica: la conductividad térmica del gas determina la transmisión de calor que se produce desde el arco hacia la periferia. Esto influirá en como se reparta el calor sobre la zona a soldar, y por lo tanto en la penetración que pueda lograrse en la soldadura. • Capacidad de disociación y recombinación: los gases con moléculas no monoatómicas, al calentarse a las temperaturas del arco se disocian. Los átomos que los componen se separan, en forma de iones, mejorando el flujo de corriente. Al entrar en contacto con la superficie del metal base, que estará a una temperatura mucho menor, se recombinan, cediendo calor al metal base. • Reactividad: esta propiedad indica la tendencia del gas a reaccionar con elementos del baño de fusión a la temperatura del arco eléctrico. Los gases nobles, Ar y He son inertes. El N2, que a temperaturas inferiores es inerte, reacciona produciendo efectos indeseados en la soldadura. El CO2 y el O2 son gases oxidantes, que reaccionan con el metal formando óxidos y normalmente producen gases en la soldadura. El H2 que es reductor, evita la oxidación, pero también puede producir efectos indeseados en la soldadura. • Tensión superficial: la tensión superficial indica la tendencia de los átomos del fluido a mantenerse juntos y no fluir en un determinado medio. La tensión superficial del baño variará según la atmósfera que lo rodee, e influirá de forma importante en la forma del cordón. • Pureza: las impurezas contenidas en el gas de protección pueden causar efectos tanto en el proceso de realización de la soldadura como en las características finales de las mismas. Los efectos de las impurezas serán más o menos dañinos, según la naturaleza del metal base. Algunos metales, como los aceros al carbono, no se ven muy afectados por las impurezas; otros sin embargo, como el aluminio y el magnesio, son muy sensibles a la presencia de impurezas. • Densidad: es un factor importante en el efecto protector del gas. Si es más pesado que el aire se podrán utilizar caudales inferiores. 277
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN.3.6.2 Gases de protección.Se puede diferenciar lo siguientes utilizados: • Argón (Ar): está presente en la atmósfera, en concentraciones inferiores al 1%. Se obtiene por destilación fraccionada del aire líquido. Sus características como gas de protección son: - Es inerte, no reacciona con los elementos del baño de fusión. - Es aproximadamente 1.4 veces más pesado que el aire. - Potencial de ionización bajo. - Conductividad térmica baja. • Helio (He): aunque se puede obtener del aire, se suele extraer de yacimientos de gas natural. - Es inerte, como el argón. - Es más ligero que el aire. - Potencial de ionización elevado - Conductividad térmica elevada • Dióxido de carbono (CO2 ): - Es más pesado que el aire (densidad relativa 1.5). • Oxígeno (O2 ). En condiciones normales de presión y temperatura, el oxígeno se encuentra en estado gaseoso formando moléculas diatómicas (O2) • Nitrógeno (N2 ): - 78% en la atmósfera. - Es ligeramente más ligero que el aire. • Hidrógeno (H2 ): - Es un gas inflamable y ligero.3.6.3 Ventajas soldadura por arco con protección gaseosa.Las principales ventajas que presenta este método son las siguiente: • Los cordones de soldadura son más resistentes, más dúctiles y menos sensibles a la corrosión que los que se obtienen con otros procedimientos. • El proceso de soldadura se simplifica considerablemente para metales no ferrosos. No hay que utilizar desoxidantes, ni eliminar 278
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN. los residuos que estos produzcan, ni aparecen problemas asociados a esos desoxidantes como deformación de la soldadura e inclusiones de escoria. • Las soldaduras con atmósfera gaseosa tienen menor producción de humos y menos proyecciones. Además la atmósfera gaseosa es transparente, lo que permite que el soldador controle lo que está haciendo y produce mejores resultados en la soldadura.3.7 Soldadura con electrodo de tungsteno y atmósfera inerte.La soldadura con electrodo de tungsteno y atmósfera inerte (TIG) es un procesoque produce la unión de dos piezas metálicas calentando y fundiendo sus bordescon el calor que se desprende de un arco eléctrico que se establece entre unelectrodo no consumible y las piezas, en el interior de una atmósfera de gasprotector. Si es necesario, el metal de aportación se introducirá en forma de varilla.La utilización de electrodos no consumibles y de gases de protección producesoldaduras de muy buena cualidad. Además, cuando el electrodo estácorrectamente afilado, el arco eléctrico que se establece es ideal para larealización de soldaduras de precisión.Las soldaduras realizadas con esta técnica son brillantes, sin escorias osalpicaduras y prácticamente no necesitan una limpieza posterior.3.7.1 Tipos de corriente.En la soldadura TIG se puede utilizar corriente continua o corriente alterna. Laelección del tipo de corriente y de la polaridad se hará en función del material asoldar. • Corriente continua: en corriente continua se produce un flujo de electrones desde el material de trabajo al electrodo o desde el electrodo al material de trabajo, según la polaridad seleccionada. En la soldadura TIG se recomienda utilizar polaridad directa: electrodo conectado al polo negativo y pieza conectada al polo positivo. Con esta polaridad, la energía del arco se concentra en mayor medida sobre la pieza que sobre el electrodo, debido al impacto de los electrones sobre la pieza. El calentamiento del electrodo es menor (que en polaridad inversa), evitándose la fusión del electrodo y la contaminación de la soldadura. Las soldaduras realizadas tienen mayor penetración y menor anchura. 279
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN. El menor calentamiento del electrodo permite utilizar electrodos de menor diámetro (que en polaridad inversa) o aumentar la corriente de trabajo, y por tanto la velocidad de soldadura. Para la mayoría de materiales no se utiliza la polaridad inversa: electrodo conectado al polo positivo y pieza conectada al polo negativo. La polaridad inversa produce un reparto energético más desfavorable, el electrodo se calienta más y el baño de fusión es más ancho y de menor penetración. Como excepción, se utiliza polaridad inversa en soldadura TIG para soldar aluminio y magnesio, por su tendencia a formar óxidos superficiales que dificultan la realización de la soldadura con polaridad directa. La polaridad inversa produce un efecto de limpieza de los óxidos superficiales que se debe, probablemente, al impacto de los iones positivos del gas de protección (que está ionizado) contra el metal base (negativo), y que produce la rotura de los óxidos y los desplaza hasta el borde del baño. • Corriente alterna: la corriente alterna tiene un medio ciclo de polaridad directa, y medio de polaridad inversa. Debido a esto aúna (aunque reduce) las ventajas de ambos efectos. Durante el semiciclo de polaridad inversa mantiene el poder limpiador, por lo que también es común la utilización de corriente alterna en la soldadura de aluminio y magnesio. Este tipo de corriente presenta problemas en el cebado y la estabilización del arco, por lo que suele ser necesario disponer de un generador de alta frecuencia. A la corriente industrial de soldeo, se le superpone una de alta frecuencia para el cebado que se interrumpirá una vez establecido el arco.3.7.2 Electrodos.Los electrodos utilizados en la soldadura TIG son electrodos no consumibles, queno se funden a la temperatura del arco, y están fabricados de materiales de altopunto de fusión. El diámetro y el afilado de la punta dependerá del tipo y de laintensidad de corriente que circule a través de él. Debido al elevado calorgenerado, la punta del electrodo se desafila y se redondea.La composición del electrodo dependerá del tipo de corriente con que se trabaje.Inicialmente los electrodos se fabricaban de tungsteno puro, debido a que es elsegundo elemento de mayor temperatura de fusión.En la actualidad, en corriente continua se trabaja con electrodos de tungstenoaleado con pequeñas cantidades de torio que mejoran el cebado y la estabilidaddel arco, porque aumenta la emisividad de electrones. Estos electrodos sufren un 280
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN.menor desgaste y desafilado de la punta. También se han conseguido buenosresultados con aleaciones de tungsteno con óxidos de Lantano o de Cerio. Encorriente alterna se suelen utilizar aleaciones de tungsteno con zirconio, quereduce la erosión ya que la temperatura de trabajo del electrodo es superior.3.7.3 Metal de aportación.Como en esta técnica no se producen reacciones en el baño, que está protegidopor una atmósfera inerte, ni se genera escoria, el metal de aportación deberá tenerla misma composición que el metal base. Normalmente se presenta en forma devarillas de distintos diámetros.3.7.4 Gas de protección.Los gases utilizados en este proceso son los siguientes: • Argón: el argón es un gas inerte que está contenido en el aire y se obtiene por destilación fraccionada del aire líquido. Es más pesado que el aire (1.4 veces) y mucho más pesado que el helio (10 veces), por lo que proporciona una buena protección. Su peso atómico es alto, por lo que consigue una acción de limpieza más enérgica al chocar iones de mayor tamaño contra la capa de óxido. Esto justifica su aplicación en la soldadura de aluminio o magnesio. Tiene un bajo potencial de ionización, es decir, se vuelve conductor con relativa facilidad. Se facilita el cebado y el arco es más estable. Su conductividad térmica es baja, por lo que el calor se concentra en un arco estrecho y las soldaduras que se producen son estrechas y con gran penetración. La zona afectada por el calor es pequeña. Las dos propiedades anteriores, bajos potenciales de ionización y conductividad térmica, hacen que el calor liberado en el arco sea poco sensible a la longitud del arco, y no se altere la forma del cordón. Esto lo hace especialmente interesante para la soldadura manual. El calor liberado por el arco es bajo, debido a que también lo es el potencial de ionización, por eso su aplicación resulta interesante para la soldadura de materiales de pequeños espesores, porque se corren menos riesgos de desfondar el baño. • Helio: el helio es también un gas inerte que puede obtenerse del aire, o más normalmente, de yacimientos de gas natural. 281
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN. Como es más ligero que el aire (y que el argón), es necesario utiliza caudales más elevados para conseguir el mismo efecto protector. Tiene un potencial de ionización superior, por lo que presenta más dificultades en el cebado y un arco menos estable. La conductividad térmica es más elevada que la del argón, por lo que se distribuye más el calor, produciendo cordones de soldadura más anchos y menos profundos para el mismo aporte de calor. Por otro lado, la disipación de calor permite trabajar con intensidades de corriente superiores sin dañar el electrodo. Para una misma intensidad de corriente, como el potencial es mayor, el arco produce mayor cantidad de calor. Se aplica cuando es necesario un mayor aporte de calor, esto es, con velocidades de soldadura altas, cuando las piezas tienen elevado espesor o elevada conductividad térmica. Estas característica hacen que el helio sólo sea interesante para ciertas aplicaciones, sobre todo considerando factores económicos: el helio es más caro y se consumen caudales superiores. • Mezclas de gases con argón: para aumentar el calor del arco, manteniendo las buenas propiedades del argón, se mezcla éste con helio o hidrógeno. Así se consiguen arcos más calientes que permiten soldar a mayor velocidad o espesores más gruesos. - Argón – Helio: Se utilizan mezclas de estos dos gases en distintas proporciones, logrando aprovechar en cada caso las ventajas necesarias de cada uno. Algunos sistemas utilizan la mezcla sólo para iniciar el arco, y posteriormente usan helio puro, para aumentar la rapidez de soldadura. - Argón – Hidrógeno: La mezcla empeora el cebado del arco, por lo que las proporciones de los gases de mezcla son pequeñas. El efecto reductor del hidrógeno contribuye a evitar la oxidación superficial. Sin embargo aumenta la reactividad del gas, pudiendo ocasionar defectos en ciertos materiales como porosidad o grietas. Se utiliza para soldadura de aceros inoxidables austeníticos y níquel y sus aleaciones y NO se utiliza para aceros poco aleados, cobre, aluminio o aleaciones de titanio.3.7.5 Equipo necesario para la realización de la soldadura TIG.El equipo necesario para realizar este tipo de soldadura está formado por: • Un generador de corriente continua o alterna similar a los utilizados en soldadura eléctrica con electrodo revestido. Que 282
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN. permita buen control de intensidades con valores bajos para asegurar la estabilidad del arco en trabajos con espesores finos. En corriente alterna se acopla una señal de alta frecuencia para estabilizar el arco y conseguir una circulación de corriente más uniforme. • Opcionalmente, podrá disponer de un generador de alta frecuencia o un generador de impulsos para facilitar el cebado en el caso de que se trabaje con corriente continua. • Cables de masa y de electrodo, para realizar las conexiones entre el portaelectrodo, el generador y la pieza. • Un circuito de gas, formado por las botellas, el manoreductor y las mangueras necesarias para llevar el gas hasta el portaelectrodos. Utiliza manoreductores caudalímetros para controlar la presión y regular el caudal. El caudal de gas dependerá del espesor y naturaleza del metal a soldar. • Portaelectrodo: adecuado para esta técnica. De refrigeración natural (por aire) para espesores pequeños, o forzada (por circulación de agua) para espesores mayores, que necesitan intensidades mayores. El electrodo estará sujeto rígidamente mediante una pinza.3.7.6 Aplicaciones.Con este proceso se consigue trabajar con valores de intensidad de corrientesuperiores a los utilizados en las técnicas anteriores, lo que permite soldar a mayorvelocidad y obtener mayor penetración que con la soldadura con gas combustible yla de arco con electrodo revestido.La calidad de las soldaduras resultantes es muy elevada, dependiendo de lapreparación (limpieza del metal base) y del ajuste del equipo. Debido a su elevadacalidad y la pureza metalúrgica obtenida se utiliza en soldaduras deresponsabilidad.El proceso de soldadura TIG se aplica principalmente a los aceros inoxidables,aceros aleados al cromo-molibdeno resistentes al calor, aluminio, níquel yaleaciones.Especialmente adecuado para soldaduras de alta calidad. 283
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN.En soldadura manual es ideal para materiales de espesores pequeños o paralograr penetración controlada.Está también extendida la automatización, que reduce la formación de la mano deobra pero exige más cuidado en la preparación de los bordes de la junta, en laelección de los parámetros y en la fijación de las piezas.Especialmente aplicable para materiales de pequeño espesor.Soldaduras de elevada calidad y buen acabado superficial.Se usa fácilmente en todas las posiciones (de soldadura) y se consigue buencontrol del baño.Industrias: aeroespacial, generación de energía, química y petrolífera...Normalmente manual, pero se puede automatizar para aplicaciones de altaproducción. Existe una variante del proceso que precalienta el metal de aportacióny lo funde mientras entra en el baño de fusión. Esto permite concentrar el calor delarco en fundir la pieza y no el metal de aportación. Mejor la velocidad de trabajo yla velocidad de transporte de material (deposición).3.8 Soldadura por plasma.La soldadura con plasma puede considerarse una evolución de la soldadura TIG,ya que se basa en principios similares.En esta técnica se utiliza un arco eléctrico para llevar a un gas a estado de plasma,produciéndose el calor que funde el metal base al pasar el plasma de nuevo aestado gaseoso al entrar en contacto con la pieza.Se denomina plasma al estado al que pasa un gas ionizado y calentado a elevadastemperaturas.El proceso consiste en establecer un arco eléctrico entre un electrodo noconsumible, similar a los utilizados en soldadura TIG, y el metal base (arcotransferido) o la boquilla del portaelectrodo (arco no transferido). La función delarco eléctrico es proporcionar energía para producir la ionización de un chorro degas. Éste sale estrangulado a través de la boquilla y pasa a estado plasmáticodebido a la elevada temperatura. El chorro de plasma incide a elevada velocidadcontra el metal base, que está a menor temperatura, produciéndose el procesoinverso con gran desprendimiento de calor. La temperatura en el centro de lacolumna de plasma puede llegar a alcanzar 28.000º C. 284
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN.El flujo de plasma no suele ser suficiente para proteger la zona de la soldadura y elarco, por lo que se utiliza además un gas de protección que rodeará a la columnade plasma.3.8.1 Pistola de soldadura por plasma.El equipo necesario para la soldadura por plasma es similar al que se utiliza en lasoldadura TIG.La pistola que se utiliza dispone de un conducto alrededor del electrodo, por el quecircula el gas plasmágeno, con un estrangulamiento en el extremo de salida paraacelerar el chorro. El gas protector circula alrededor del gas plasmágeno por unconducto concéntrico.Para evitar el excesivo calentamiento, la boquilla dispone de un sistema derefrigeración de la punta, por agua.3.8.2 AplicacionesCon esta técnica se consigue soldar aceros difícilmente soldables mediante otrastécnicas con elevada penetración.Una aplicación muy común consiste en realizar revestimientos a base de cromo,níquel y cobalto, de piezas que van a estar sometidas a temperaturas elevadasdurante su funcionamiento. En estos casos el metal de aporte es introducido enforma de polvo por un gas de transporte. En esta aplicación se utiliza como gasprotector Argón con un pequeño contenido de hidrógeno, para mejorar lapenetración y reducir la posibilidad de formación de óxidos.El mismo principio se utiliza para realizar el corte con chorro de plasma.3.9 Soldadura con hidrógeno atómico.La soldadura con hidrógeno atómico, también denominada Arcatón, utiliza el calorgenerado en un arco eléctrico establecido entre dos electrodos de tungsteno enatmósfera de hidrógeno, para disociar el gas. El hidrógeno atómico formado sequema produciendo una llama que alcanza temperaturas muy elevadas, con la quese realizará la fusión necesaria en la soldadura.Esta técnica tiene gran parecido a la soldadura con llama, y al igual que en esta,permite variar el calor aportado a la zona de soldadura acercando o alejando lallama. 285
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN.Debido al elevado carácter reductor del hidrógeno atómico, la zona de soldaduraqueda protegida de la formación de óxidos y es no necesaria la utilización defundente.3.9.1 Equipo necesario para realizar la soldadura.Serán necesarios los siguientes elementos: • Transformador similar a los de soldadura por corriente alterna. • Portaelectrodos con dos brazos, en los que se colocarán dos electrodos de wolframio rodeados de una boquilla por la que sale un chorro de hidrógeno. • Botellas de hidrógeno y manoreductor para regular la presión de trabajo del gas. • Cables de unión de los electrodos al transformador y mangueras flexibles para conectar el manoreductor a la boquilla de hidrógeno.3.9.2 Aplicaciones.Esta técnica puede aplicarse para la mayoría de los metales sin necesidad deutilizar fundente, salvo para el aluminio, el cobre y sus aleaciones. Debido a losbuenos resultados obtenidos con la soldadura TIG, la soldadura con hidrógenoatómico ha caído en desuso.Al igual que en la soldadura por arco con electrodo revestido, se han construidomáquinas que permiten la realización automática de esta soldadura, con uncabezal, electrodo continuo y regulación.3.10 Soldadura con electrodo consumible y gasDurante la década de los 40, se comenzó a utilizar en Estados Unidos una técnicade soldadura que utilizaba una atmósfera gaseosa para proteger un electrodoconsumible. Se utilizaba para soldar aleaciones de aluminio, y el gas usado eraHelio. Posteriormente esa idea se aplicó en Europa para soldar aleaciones dealuminio, con Argón como gas protector (MIG) y posteriormente para soldar acero,utilizando como gas protector el CO2 o mezclas de Argón – CO2 (MAG). Lautilización de gases activos se estudió como alternativa, debido al elevado preciode los gases inertes.Este tipo de soldaduras utilizan como fuente de calor para lograr la fusión del metalbase un arco eléctrico que se establece entre el metal base y un electrodo, queactúa, a la vez, como metal de aportación. El metal fundido estará rodeado por una 286
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN.atmósfera de gas, inerte en la soldadura MIG y activo en la MA., que lo evitará laformación de óxidos.La diferencia de estas técnicas respecto a las anteriores es que, el electrodo se vafundiendo al realizar la soldadura y depositándose en la junta para formar elcordón. De este modo no hay que romper la atmósfera protectora para introducir lavarilla de metal de aportación (como había que hacer en la soldadura TIG).3.10.1 Metal de aportación.El metal de aportación es, normalmente, una varilla o alambre continuo que sedistribuye arrollado en bobinas. A veces, el metal está exteriormente recubierto decobre para mejorar el contacto eléctrico, reducir la corrosión y reducir elrozamiento.En el caso de la soldadura MIG, el hilo suele ser macizo y tener la mismacomposición que el metal base. En el caso de la soldadura MAG, el hilo puede serhueco y contener en su interior sustancias que reaccionen con el CO2 paraconsumir el oxígeno (y evitar la oxidación).3.10.2 Gases de protección.Los podemos diferenciar en dos categorías principalmente. • Gases inertes de protección: utiliza gases inertes que sean estables y no reaccionen con el arco. Normalmente se utilizan el argón o el helio. - Argón: se utiliza en la soldadura de Al, Cu, Ni y Ti. Si se aplica al acero se pueden producir faltas de penetración y mordeduras. - Helio: Produce cordones más anchos y con menor penetración. Es de uso común en EE.UU. porque se encuentra en yacimientos naturales. - Argón + O2: La adición de oxígeno mejora la penetración de la soldadura ensanchando la parte inferior del cordón. Si el contenido de oxígeno es menor al 5% se considera que no se altera el carácter inerte de la soldadura. • Gases activos de protección: se suelen utilizar como gases el dióxido de carbono puro o mezclado con argón. • El dióxido de carbono se disocia formando monóxido de carbono y oxígeno. Para evitar la oxidación del metal base, hay que añadir elementos desoxidantes Mn y Si, a la varilla. 287
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN. Para que no se produzca porosidad en la soldadura, es imprescindible que el dióxido de carbono sea de una elevada pureza (superior al 99.85%). Es más barato que el argón y mejora la penetración del cordón, consiguiendo que sean más profundas y anchas y evita el riesgo de mordeduras. Sin embargo el arco que se forma es menos establey es común que se produzcan proyecciones. A veces se utiliza mezclada con argón para conseguir compensar los efectos.3.10.3 Equipo necesario.Es similar a los casos anteriores: • Un generador de corriente continua, que normalmente es de potencial constante. • Unidad de alimentación de hilo, si el proceso es automático. • Circuito de gas protector. • Circuito de refrigeración, si es necesario. • Pistola de soldadura.3.10.4 Ventajas del proceso.Como la protección del baño fundido se realiza mediante atmósfera protectora y nomediante fundentes, no se genera escoria. Así se reducen de manera considerablelas operaciones de limpieza (ahorro de costes).Por otro lado el avance de la soldadura es más rápido, con lo que la zona del metalbase afectada térmicamente es inferior. Se mejora el aspecto de la soldadura.La soldadura MIG puede proporcionar buena penetración, por lo que se puedenutilizar juntas con los bordes más cerrados y ahorrar metal de aportación.Debido a que todos los parámetros de la soldadura pueden controlarseautomáticamente, el operario no tiene más que controlar la velocidad de avancedel portaelectrodos y la distancia a la pieza, por lo que un operario que hayasoldado con otra técnica podrá fácilmente hacerlo con ésta. 288
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN.4 SOLDADURA ELÉCTRICA. OTROS MÉTODOS DE SOLDADURA.4.1 Soldadura por haz de electronesLa soldadura por haz de electrones es un proceso autógeno (en la mayoría de loscasos) que utiliza electrones de elevada velocidad para fundir y unir metales conun aporte de calor mínimo y una distorsión pequeña.Los electrones se generan mediante el calentamiento de un cátodo de metalrefractario, en un entorno de alto vacío. Debido a la tensión que se aplica entre elcátodo y un ánodo, los electrones se aceleran y dirigen hacia el ánodoconvergiendo en un haz. La emisión de electrones puede también deberse a unfilamento incandescente que se coloca en el interior del cátodo, que produce quelos electrones emitidos converjan hacia el ánodo.El haz de electrones se acelera a velocidades próximas a la mitad de la velocidadde la luz y atraviesa un pequeño agujero en el centro del ánodo, continuando endirección a la pieza. Cuando el haz ha atravesado el ánodo, la repulsión entre loselectrones produce la divergencia del haz. Para contrarrestar este efecto, seutilizan sistemas de lentes electromagnéticas que provocan la convergencia delhaz, pudiéndose controlar también el tamaño del punto de enfoque sobre la pieza.Los electrones de alta velocidad, chocan contra el metal base penetrandoligeramente por debajo de la superficie y transformándose su energía cinética encalor, que eleva la temperatura en el punto de impacto. La sucesión de electronesgolpeando el mismo lugar provoca la fusión y evaporación del metal base. Loselectrones siguientes atraviesan el vapor del metal mucho más fácilmente que elmetal líquido, por lo que penetran más profundamente en el metal base. El anchode la penetración es extremadamente estrecho. Esta operación continua hasta queel haz finalmente emerge por la base del trabajo, dejando un agujero lleno con unacolumna central de vapor rodeada por líquido.Una vez se ha establecido el agujero en el material, la soldadura se realizatrasladándolo a lo largo de la junta. Esto puede realizarse moviendo el haz o lapieza de trabajo. El material que queda por detrás del agujero que avanza solidificacuando se quita la fuente de calor.La óptica electrónica permite concentrar la energía de soldadura en una zona muypequeña, consiguiéndose densidades de energía muy elevadas. 289
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN.4.1.1 Parámetros de la soldadura por haz de electrones.Un mismo dispositivo de soldadura por haz de electrones puede utilizarse paradiferentes aplicaciones, controlando los parámetros que gobiernan el proceso, yasea de forma manual o automática. Los parámetros que se pueden controlar son: • La velocidad de los electrones (voltaje de aceleración) • El número de electrones en el haz (temperatura de calentamiento) • Densidad energética en la unión (mediante el enfoque del haz) • Velocidad de avance de las piezas de trabajo4.1.2 Soldadura con haz de electrones a presión atmosférica.El haz de electrones debe ser generado en un ambiente de alto vacío. La pieza detrabajo, sin embargo, puede estar en ambiente de alto vacío, medio vacío o presiónatmosférica, según la aplicación metalúrgica y características requeridos.La mayor relación profundidad-ancho y las mayores distancias entre el generadordel haz y la junta de unión se alcanzan colocando la pieza de trabajo en ambientesde alto vacío.La soldadura por haz de electrones con la pieza a soldar a presión ambiente se hautilizado en industrias en las que se requerían elevadas productividades y bajocalentamiento de la pieza de trabajo.El haz de electrones se genera en una cámara de alto vacío y se concentra paraque pase a través de un orificio, que conecta cámaras a presión ascendente. Elagujero por el que atraviesa el haz deberá ser muy pequeño para que se minimicela entrada de aire al sistema de vacío.La pieza debe colocarse próxima al orificio (a menos de una pulgada) para evitar ladifusión del haz. La soldadura que se realiza es más ancha que en el caso de altovacío, lo que puede ser una ventaja si no se puede conseguir una colocaciónajustada de las piezas. En el caso de que sea necesario, es posible añadir metalde aportación4.1.3 Ventajas y aplicaciones de la soldadura por haz de electrones.La principal ventaja de la técnica de soldadura con haz de electrones es la bajadistorsión y calentamiento de las piezas. La zona de soldadura que se produce esmás estrecha que con cualquier otro proceso. 290
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN.Con esta técnica se consigue una elevada penetración, lo que permite trabajar conuna sola pasada en piezas de espesor grande. La zona fundida es muy pequeña,llegando a tener un volumen 20 veces inferior al caso de la soldadura TIG.Cuando se realiza en vacío, no se produce la contaminación de las piezas a soldar.Debido a esas características, esta técnica está especialmente indicado parasoldaduras que requieran mínima distorsión y contracción durante la soldadura,soldadura de recipientes al vacío, en los que interese mantener el vacío durante lasoldadura, soldaduras a realizar en proximidad de componentes o dispositivossensibles al calor...Se utiliza en la industria aeroespacial, nuclear, de automoción.Se puede aplicar a casi todos los metales, acero inoxidable, de elevadaresistencia, aluminio, titanio, metales refractarios que no pueden fundirse con otrastécnicas... La soldadura se puede realizar entre materiales de distintos espesores eincluso entre materiales distintos (si son soldables).Esta técnica no es aplicable en ciertos materiales como la fundición, ni enmateriales que posean un magnetismo remanente elevado.Otras desventajas son el coste y los problemas de alineamiento del haz, ya quedebido a la estrechez de la zona a soldar el haz debe estar correctamentealineado.4.2 Soldadura láser.El rayo láser es un haz electromagnético coherente, monocromático y de altadireccionalidad, capaz de concentrar una gran cantidad de energía en un pequeñopunto. En la técnica de soldadura con láser, se utiliza la energía de este rayo paracalentar y fundir los bordes de las piezas a unir, produciéndose la unión alsolidificar el metal.El rayo láser se genera por la amplificación de un rayo luminoso dentro de unacavidad resonante formada por dos espejos, uno totalmente reflectante y otro sóloparcialmente, a través del cuál se extrae el rayo. En soldadura se empleanprincipalmente dos tipos de láser que se distinguen según el medio en el que tienelugar la amplificación: • Medio sólido: YAG-Nd (Ytrio-Aluminio-Granate/Neodimio) • Medio gaseoso: CO2 291
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN.Los primeros son de escasa potencia y se emplean en las soldaduras de pequeñasección.El rayo láser se conduce, a través de un tubo estanco lleno de aire filtrado, hastaun dispositivo óptico que lo concentre en un punto de la pieza. En soldadura debaja potencia (láser YAG-Nd o láser de CO2 de menos de 1 kW), el dispositivoóptico puede estar formado simplemente por una lente. En niveles altos depotencia pueden producirse salpicaduras del metal líquido que deteriorarían lalente, por lo que se usan espejos metálicos que no se ven deteriorados por lasgotas de metal líquido.En este tipo de soldadura es habitual la utilización de algún gas protector, que evitela oxidación del metal base. Los más comunes son el argón y el helio. El argón esmás pesado que el aire y proporciona buena protección, sin embargo se ionizafácilmente y tiene una baja conductividad térmica.Cuando se trabaja con rayos de CO2 de elevada energía, se produce vapormetálico ionizado. Los electrones liberados por el vapor, así como los aportadospor el argón, consumen energía del rayo láser.Además, al no disiparse el calor, aumenta la temperatura del vapor,favoreciéndose aún mas la ionización. En estos casos el Helio es más adecuadoporque refrigera el vapor metálico y aporta menos electrones procedentes de suionización.El láser es concentrado sobre un punto de la pieza, consiguiéndose una elevadadensidad de energía que dependerá del tamaño del punto y del láser. El rayo lásercontiene radiaciones visibles y infrarrojas y, como los metales en estado sólidotienen una elevada reflexión para esas radiaciones, una gran parte de la energíaes reflejada. Debido a la elevada conductividad de los metales, la energíaabsorbida es rápidamente transmitida por conducción, por lo que para alcanzar lafusión, los rayos deben ser de elevada energía.Dentro de la soldadura láser se distinguen dos variantes del proceso: • La soldadura por penetración. • La soldadura por conducción.4.2.1 Ventajas de la soldadura láser.La técnica de soldadura láser es precisa, con baja aportación de calor, ideal parauna producción automatizada. Tiene menor coste que la soldadura por haz deelectrones, no necesita cámaras de vacío, no se ve afectada por elelectromagnetismo ni genera rayos X. Suele ser autógena debido a su precisión y 292
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN.a la estrechez del baño de fusión, lo que dificultaría la colocación del metal deaportación.4.2.2 Aplicaciones de la soldadura láser.Se puede utilizar para soldaduras a tope o a solape. La soldadura a topeproporciona el mayor aprovechamiento de energía y la mayor velocidad defabricación, sin embargo si no se puede asegurar bajas tolerancias en la fijación delas piezas se realizan por solape.Se utiliza para soldar aceros inoxidables, acero al carbono, titanio, aluminio, ometales diferentes.Las aplicaciones más importantes están en la industria del automóvil, aeronáutica,etc 293
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN.5 SOLDADURA ELÉCTRICA. SOLDADURA POR RESISTENCIA ELÉCTRICA.Las técnicas de soldadura por resistencia eléctrica se caracterizan porque, pararealizar la unión, combinan el calor derivado del efecto Joule y la acción de unafuerza mecánica relativamente pequeña.El calentamiento de las piezas que se quiere unir se realiza provocando unacirculación de corriente a través de ellas, lo que produce disipación de calor por elefecto Joule, según la expresión: Q = I2 R tDonde se aprecia que el calor generado, Q, depende de la intensidad de lacorriente eléctrica, I, del tiempo que ésta circula, t, y de la resistencia que oponenlos materiales al paso de ésta.En estas técnicas las dos piezas a unir están en contacto, y a ellas se conectandos electrodos. La circulación de corriente entre ellos se realiza a través de laspiezas. En la zona de contacto de las dos piezas se producirá el mayorcalentamiento, porque la resistencia eléctrica es la más alta.Para que se produzca la soldadura, los electrodos ejercen presión sobre las piezasa unir antes, durante y después de la circulación de corriente. Las diferentestécnicas que se engloban dentro de la soldadura eléctrica se diferencian por elmodo de aplicar la corriente eléctrica y la presión.Las soldaduras por resistencia eléctrica se realizan con tensiones reducidas eintensidades elevadas.5.1 Etapas y variables del proceso de soldeo.En el procedimiento de realización de una soldadura por resistencia eléctrica sepueden diferenciar cuatro etapas: • Fase de posicionamiento: en la que los electrodos ejercen una presión sobre las piezas para mantenerlas unidas. • Fase de soldadura: en la que se mantiene la presión y se provoca una circulación de corriente a través de las piezas, que se mantiene hasta que se alcanza la temperatura requerida. • Fase de forja: en la que, ya sin circulación de corriente, se aumenta la presión de lops electrodos produciéndose un recalcado en el punto de soldadura. 294
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN. • Fase de cadencia: en la que se reduce la presión hasta liberar las piezas ya soldadas.5.2 Variables del proceso de soldadura por resistencia eléctrica.Las variables que controlen el resultado de la soldadura será aquellas que influyanen el calentamiento y en la presión: • Intensidad de corriente y tiempo de soldadura: la magnitud de la corriente de soldeo y el tiempo que ésta circula determinan el calor que se produce por efecto Joule, fijando el resto de parámetros. El producto I 2 t , deberá ser suficiente para alcanzar la temperatura de fusión del metal y compensar las pérdidas, sin extender demasiado la fusión. Pero se puede obtener una misma cantidad de calor, utilizando diferentes valores de la intensidad durante el tiempo necesario. Las soldaduras que se realizan con intensidades muy elevadas circulando tiempos cortos, proporcionan puntos rígidos poco resistentes a la fatiga. Con tiempos más largos e intensidades menores se fabrican soldaduras más tenaces, pero los tiempos deben ser suficientemente cortos para que el calor no se difunda y altere la estructura metalúrgica del resto del metal base. • Resistencia eléctrica de la unión: al cerrar el circuito, entre los electrodos se pueden distinguir resistencias eléctricas de diferentes orígenes conectadas en serie. Estas serán: - Resistencia del contacto electrodo-pieza - Resistencia del metal base - Resistencia de contacto entre las piezas El valor de la resistencia del metal base, vendrá dado por el material y el espesor de las piezas a unir. La resistencia del contacto del electrodo y la pieza es un valor que interesará que sea pequeño, para que no quede marcada la superficie de la pieza. Esta resistencia crecerá por el desgaste y deterioro de los electrodos, por la falta de limpieza y acabado rugoso de la pieza y cuando la presión de apriete sea baja. La resistencia de contacto entre las dos piezas a soldar es el valor que interesa que sea mayor, para que se produzca la fusión del metal. Su valor dependerá de la presión con que estén apretadas las piezas, de sus acabados superficiales y de su limpieza. 295
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN. • Fuerza aplicada en la fase de forja: durante la fase de soldadura, la presión influye en el valor de las resistencias eléctricas que se forman. En la fase de forja, la presión determina la estructura con la que solidificará el metal que se ha fundido. Al aplicar la presión se consigue una estructura de grano fino que mejora las cualidades mecánicas del punto de soldadura.5.3 Ventajas de la soldadura por resistencia eléctrica.Las principales ventajas que muestra este método son las siguientes: • Gran velocidad de soldadura • Calentamiento localizado y muy rápido, no dando tiempo al crecimiento de grano. • Se pueden soldar piezas de diferentes espesores y diferentes materiales e incluso con recubrimientos superficiales.5.4 Soldadura eléctrica por puntos.La forma más común de realizar la soldadura eléctrica es por puntos y sedenomina así, porque la soldadura está formada por zonas circulares que estánespaciadas regularmente.Las piezas a unir se colocan solapadas una sobre otra. Mediante dos electrodos seprovoca la circulación de corriente (de elevada intensidad) y se realiza la presiónnecesaria para la soldadura, produciéndose un punto de soldadura de formalenticular.Los parámetros que habrá que fijar para diseñar esta soldadura son: • Solape de las chapas. • Diámetro de la punta de los electrodos: Dependerá del espesor y material del metal base. Diámetros elevados producen un mayor valor de la corriente, produciéndose sobrecalentamiento y oxidación del metal próximo a la soldadura; y si es demasiado pequeño, la soldadura suele tener baja resistencia mecánica. Si se están soldando piezas de distinto metal se podrán utilizar dos electrodos con diámetro diferente en la punta (se compensa el calor en ambos metales). • Distancia entre puntos consecutivos: Dependerá de la conductividad de los metales. Si la distancia es demasiado pequeña, parte de la corriente circulará por el punto de soldadura anterior, en lugar de por la zona situada entre los electrodos. 296
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN.5.4.1 Electrodos.Debido a la forma de operación de los electrodos, estos deberán estar fabricadoscon materiales que posean buenas características eléctricas, térmicas ymecánicas. • Características eléctricas: Los electrodos deben poseer una elevada conductividad, para que no se produzcan pérdidas al circular por ellos corrientes elevadas. • Características térmicas: Los electrodos no deben calentarse, para que no se suelden ellos mismos al metal base. A veces se fabrican huecos con refrigeración por agua o aceite, muy próxima a la punta. Además deben disipar el calor de la zona de soldadura. • Características mecánicas: Los electrodos deben soportar sin deformarse las elevadas presiones con las que se trabaja.Normalmente se fabrican de aleaciones de cobre con Cr, Be... según aplicaciones.Para soldar cobre o aleaciones ricas en este elemento se utilizan electrodos decobre aleados con wolframio.El diámetro del electrodo deberá ser elevado para que su resistencia eléctrica seabaja. El diámetro de la punta se elegirá según los metales y espesores con que setrabaje.5.4.2 Tipos de soldadura eléctrica por puntos.Se distinguen los siguientes métodos. • Métodos directos: en este caso cada una de las piezas está conectada a un polo del generador, circulando la corriente de una pieza a la otra y produciéndose un único punto de soldadura cada vez. Los dos esquemas más comunes son: - Dos electrodos enfrentados, apoyados cada uno sobre una de las piezas. - Un electrodo apoyado sobre una de las piezas, mientras que la otra se apoya sobre una base conductora y se conecta directamente al generador. • Métodos indirectos: en este caso, ambos polos se conectan a la misma pieza, uno de ellos mediante un electrodo y el otro directamente. La circulación de corriente se produce a través de ambas piezas. Ambas piezas suelen estar apoyadas sobre soporte contra el que se ejerce la presión, que se denomina contraelectrodo. 297
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN. • Método por puntos múltiples: al igual que en los métodos indirectos, los dos polos están conectados a la misma pieza. Pero la conexión se realiza mediante dos electrodos, produciéndose dos puntos de soldadura simultáneamente. Las máquinas de este tipo estarán equipadas con un determinado número de pares de electrodos.5.5 Soldadura eléctrica por costura.En esta técnica de soldadura por resistencia eléctrica, los electrodos son dosdiscos giratorios, entre los que avanzan las piezas a soldar. Al igual que en casosanteriores, la misión de los electrodos es conducir la corriente hasta las piezas yejercer presión sobre ellas.La costura que se fabrica está formada por puntos de soldadura solapados,constituyendo una unión estanca. Con esta técnica se pueden realizar costurastanto longitudinales como transversales. 298
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN.5.5.1 Métodos de soldadura por costura.Según el movimiento y la circulación de corriente podemos diferenciar: • Movimiento de avance de las piezas y costura contínuos. • Movimiento de avance de las piezas continuo y costura intermitente. • Movimiento de avance y costura intermitentes.5.5.2 Electrodos.Los electrodos pueden ser dos discos o un disco y una barra (soldadura porcostura a tope).Pueden estar fabricados de cobre puro o de aleaciones de cobre según el materialque se quiera soldar.Al igual que en la soldadura por puntos, para evitar el calentamiento de los discos,estos disponen de un sistema de refrigeración por agua.El avance del material que se va soldando puede deberse al giro de los discos siuno de estos es accionado, o aun dispositivo externo, siendo ambos discos libresen ese caso.5.5.3 AplicacionesSe utiliza principalmente para fabricar depósitos estancos de paredes delgadas(0.05 a 3 mm), tubos, cubos... No es recomendable utilizar esta técnica para soldarcobre o aleaciones con elevado contenido de cobre.Es muy importante la limpieza de las superficies, ya que no se puede compensar elefecto de la suciedad con mayor presión o tiempo de soldadura, como en lasoldadura por puntos.5.6 Soldadura eléctrica a tope.En este procedimiento las piezas a soldar se colocan sujetas con mordazas, y conlos extremos a soldar enfrentados a tope. Las mordazas que sujetan las piezas sonde material conductor y realizan las funciones de los electrodos.Se hace pasar una corriente a través de las piezas y se presionan. El material delos bordes a unir, debido al calentamiento habrá pasado a estado de fluencia, y por 299
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN.acción de la presión fluirán hacia el exterior, dejando en la zona unida unadeformación.5.6.1 Aplicaciones.Las superficies de contacto deben ser paralelas y estar muy limpias.La principal aplicación es la soldadura de alambres, barras, tubos y perfiles, aros yeslabones. Las limitaciones vienen dadas por la potencia de la máquina.5.7 Soldadura de alta frecuencia.En este procedimiento el calentamiento del metal a soldar se realiza mediantecorrientes inducidas en el metal base, para ello se utiliza una corriente de altafrecuencia, entre 10 y 500 kHz.En materiales con permeabilidades elevadas, cuando se trabaja con esos valoresde frecuencia, las corrientes inducidas se concentran superficialmente (efectopiel11), siendo esta una de las principales ventajas de este procedimiento.En este procedimiento la presión se suele ejercer con dispositivos independientesde los electrodos, que tienen la única misión de transmitir la corriente eléctrica.5.7.1 Aplicaciones.La aplicación principal es la fabricación de tubería con soldadura longitudinal yhelicoidal. Un tren de engranajes conforma el tubo a partir de un fleje de acero, ypor las corrientes inducidas se lleva la superficie hasta la temperatura de fusióncomprimiendo los bordes mediante unos rodillos.El procedimiento es muy eficaz con aceros de bajo contenido de carbono,decapados o galvanizado. También se pueden soldar aceros inoxidables, aluminio,latón, etc. 300
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN.6 SOLDADURA POR ACCIÓN MECÁNICA.6.1 Soldadura por forja.Es el proceso de soldadura más antiguo. El proceso consiste en el calentamientode las piezas a unir en una fragua hasta su estado plástico y posteriormente pormedio de presión o golpeteo se logra la unión de las piezas. En este procedimientono se utiliza metal de aporte y la limitación del proceso es que sólo se puedeaplicar en piezas pequeñas y en forma de lámina. La unión se hace del centro delas piezas hacia afuera y debe evitarse a como de lugar la oxidación, para esto seutilizan aceites gruesos con un fúndente, por lo regular se utiliza bórax.La clasificación de los procesos de soldadura mencionados hasta ahora, es la mássencilla y general, a continuación se hace una descripción de los procesos desoldadura más utilizados en los procesos industriales.6.2 Soldadura por presión.Este método agrupa todos los procesos de soldadura en los que se aplica presiónsin aportación de metales para realizar la unión. Algunos procedimientos coincidencon los de fusión, como la soldadura con gases por presión, donde se calientan laspiezas con una llama, pero difieren en que la unión se hace por presión y sinañadir ningún metal.6.3 Soldadura por fricción.En este proceso la unión se logra por el calor que se genera al girar una de laspiezas a unir en contra de la otra que se encuentra fija, una vez alcanzada latemperatura adecuada se ejerce presión en las dos piezas y con ello quedanunidas.6.3.1 Ventajas de la soldadura por presión.Este tipo de soldadura tiene las siguientes ventajas: • Permite a menudo, soldar metales diferentes con facilidad, aun algunos considerados como incompatibles o insoldables. • El proceso de soldadura por fricción es al menos 2 y hasta 100 veces más rápido que otras técnicas de soldado. • Los soldadores por fricción son lo suficientemente versátiles para unir un amplio rango de formas, materiales y tamaños. 301
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN. • La preparación de superficies de unión no es crítica.. así sean maquinadas, aserradas o hasta cizalladas, todas son soldables. • Las uniones resultantes tienen calidad de forjado, con soldaduras 100% al tope en toda la superficie de soldado. • Como no hay derretimiento, no ocurren defectos de solidificación, por ejemplo porosidad de gas, segregación ni inclusiones de escoria. • Los componentes pulvimetalúrgicos pueden soldarse a otros materiales pulvimetalúrgicos, forjados, fundiciones o material forjado trabajado. • No requiere de insumos como flux, rellenos o gas protector. • El proceso controlado por la maquinaria elimina el error humano por lo que la calidad de la soldadura es independiente de la habilidad o actitud del operario. • Es ecológicamente limpio, no se genera humo, emisiones o gases que necesiten ser evacuados. • No hay salpicaduras de la soldadura y se producen pocas chispas. • El requerimiento de energía es de hasta un 20% menos del requerido en procesos de soldadura convencionales. • No se necesita una cimentación o requerimientos de energía especiales. • Los parámetros del proceso son fácilmente monitoreados. • El equipo de Soldadura por Fricción es fácilmente automatizado para lograr tasas de producción elevadas. • Parámetros pre-calculables para la mayoría de materiales y geometrías. El proceso puede, por lo tanto, matemáticamente calcularse a escala.6.3.2 Aplicaciones de la soldadura por presión.Los soldadores por fricción son los suficientemente versátiles para unir un ampliorango de piezas formadas, materiales y diferentes tamaños de soldadura. Lasaplicaciones típicas incluyen componentes para aeronaves y aerospaciales,herramientas de corte, maquinaria agrícola, partes automotrices, piezas de campospetroleros, contenedores de desecho, equipos militares, ejes y materialesbimetálicos. 302
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN.6.4 Soldadura por ultrasonidos.La soldadura por ultrasonidos, siendo una tecnología muy rentable, es adecuadapara artículos populares de consumo que se fabrican en grandes cantidades ypreviendo vidas útiles cortas. Los tiempos de los procesos de soldadura nosuperan el segundo. El método necesita poco mantenimiento y no perjudica elmedio ambiente, ya que no se requieren aditivos ni insumos como por ejemplosolventes o pegamentos. Los ultrasonidos permiten soldar, transformar, remachar,rebordear, embutir y soldar por puntos.6.4.1 Ventajas de la soldadura por ultrasonidos.Este método se caracteriza principalmente por cuatro ventajas, estas son: • Rapidez: su tiempo de trabajo es corto, por lo que es muy útil en procesos automatizados. • Estética: con un diseño adecuado puede alcanzar una estética excelente. • Limpieza: al no intervenir ningún producto complementario asegura que no se modifica su estética, ni su composición. • Económica: ya que necesita productos complementarios, por lo que el coste de la soldadura seria la correspondiente al desembolso inicial.6.4.2 Aplicaciones de la soldadura por ultrasonidos.La soldadura por ultrasonidos a 40 kHz es adecuada para la producción en serie,por ejemplo para luces traseras de automóvil, cassettes para película, monturas dediapositivas, estilográficas y bolígrafos. Las grandes piezas, como deflectores deaire para automóvil, se sueldan a 20 kHz. Se emplean otras frecuencias, como 15kHz, para la soldadura de plásticos de ingeniería.Otras aplicaciones de los ultrasonidos incluyen la oclusión de piezas metálicas, elremachado y la combinación de termplásticos con materiales porosos. 303
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN.7 TÉCNICAS DE UNIÓN MIXTAS.De manera general, la unión híbrida es la combinación de dos o más técnicas deunión para producir juntas con propiedades adicionales a las obtenidas con elempleo de una sola técnica. Bajo esta definición se agrupan una multitud detécnicas, algunas ya asentadas y otras muchas emergentes o en fase de estudio ydesarrollo. Los tipos más comunes son aquellos que implican unión adhesivacombinada con remachado o clinchado o bien puntos de soldadura.7.1 Weldbonding. El "weldbonding" es una combinación de la soldadura por resistencia por puntos yla unión adhesiva. Normalmente, se aplica una pasta adhesiva en una de laschapas y luego se cierra la junta con la otra chapa para, posteriormente, efectuarun punto de soldadura a través de las dos chapas y de la capa de adhesivo. Elesfuerzo entre electrodos desplaza al adhesivo obteniendo contacto eléctrico entrelas chapas y efectuando una soldadura de modo normal. Como el calor de lasoldadura es muy localizado, el daño que se produce en el adhesivo es muypequeño. Finalmente, el adhesivo se cura para completar el ensamblaje. Laspastas adhesivas de curado por calor son empleadas porque son estables y tienenuna viscosidad consistente a temperatura ambiente. Generalmente, estosadhesivos se curan en un horno a 180ºC durante unos 30 minutos. Algunosadhesivos están disponibles en forma de cinta e incorporan partículas metálicasque permiten un contacto eléctrico inicial para poder efectuar la soldadura.La metodología más común es aplicar el adhesivo a una de las chapas a unir ycolocar la otra encima dando lugar a una unión a solape. Esta unión se sujeta conunas abrazaderas para mantener las dos chapas alineadas y unirlas por puntos desoldadura efectuados a través de las chapas y de la capa de adhesivo. Para ello, elesfuerzo entre electrodos desplaza al adhesivo para obtener contacto eléctricoentre las chapas y efectuando una soldadura de modo normal. El adhesivo esfinalmente curado para completar el ensamblaje, dando lugar a una unión sellada yestanca a los gases.Una segunda metodología es filtrar el adhesivo por capilaridad entre las chapas aunir después de haber efectuado los puntos de soldadura.Cuando se suelda por puntos chapas de un material a través de un adhesivo (osellador), es importante que el adhesivo sea desplazado de forma consistente de lainterfase bajo la influencia del esfuerzo entre electrodos. La presencia del adhesivopuede proporcionar una mayor resistencia eléctrica a la interfase cuyo efecto es lacreación de más calor en la soldadura, con el consiguiente riesgo de proyeccionesy variabilidad en la calidad de las soldaduras. 304
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN.La pasta adhesiva debería tener la viscosidad lo suficientemente baja para permitirsu desplazamiento bajo la acción de los electrodos pero no debería desbordar dela junta por completo antes de proceder al curado del adhesivo. Esto podría causarproblemas en la soldadura. En algunos casos, el adhesivo en el reborde puedereaccionar a la acción de los electrodos y reducir así la eficacia del esfuerzoaplicado entre las superficies metálicas.Las principales ventajas que proporciona la soldadura por resistencia (unióndiscontinua) son la rapidez y la facilidad de automatización, un elevado nivel decontrol de calidad y una mayor resistencia de la unión frente a cargas de impacto.La principal desventaja de este método es su nula capacidad de sellado frente alíquidos y gases. Por su parte, la unión adhesiva (unión continua) presenta comoventajas la ausencia de concentración de tensiones, mejor comportamiento frentea fenómenos de fatiga, proporciona un buen sellado de la junta y provoca un dañomínimo o inexistente en los sustratos. Pero esta técnica de unión tiene comodesventaja la susceptibilidad al daño por impacto y la necesidad de unapreparación superficial de los sustratos previa a la aplicación del adhesivo.Principalmente, lo que se consigue con el empleo de esta técnica híbrida es unamejora de la resistencia, tanto estática como dinámica, un mejor sellado y un mejorcomportamiento de la unión ante fenómenos vibratorios. Además, las unioneshíbridas obtenidas mediante el empleo de la técnica de "weldbonding" presentanun buen comportamiento frente a impactos.El principal inconveniente que presenta es la lentitud del proceso debido a lanecesidad de un adecuado tratamiento superficial de los sustratos y a la aplicacióny curado del adhesivo. Además, existe una falta de información acerca del modode fallo y la durabilidad de las uniones realizadas mediante "weldbonding".7.1.1 Consumibles.Los adhesivos empleados para "weldbonding" se seleccionan arbitrariamente deentre los adhesivos desarrollados para otras aplicaciones y que, por tanto, dancomo resultado un compromiso cuando se emplean para uniones híbridas. Estosadhesivos deben reunir las siguientes características: • Deben tener capacidad de fluir bajo presión de los electrodos de soldadura, para facilitar el contacto eléctrico entre las chapas a unir; pero no debería desbordar de la junta por completo antes de proceder al curado del adhesivo. • Debe tener suficiente resistencia térmica para que el calor generado al realizar los puntos de soldadura no deteriore la resistencia de la unión. 305
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN.Pero los adhesivos específicamente diseñados para "weldbonding" deben mostrarmejoras sobre los existentes en la actualidad, para lo que algunos autores hanpropuesto ciertas características que deben cumplir estos adhesivos de aplicaciónespecífica, con objeto de mejorar la unión: • Buena resistencia a cortadura. • Adecuada resistencia al pelado. • Buena durabilidad. • Capacidad para rellenar toda la unión, sin que tengan lugar contracciones durante el curado, y facilidad para rellenar los huecos. • Preparación superficial capaz de mantener la estabilidad, como mínimo, durante tres semanas antes de que se aplique y cure el adhesivo. • Capacidad para soportar de uno a tres ciclos de curado sin que se produzcan daños en el adhesivo ni detrimento de las propiedades superficiales. • Capacidad para poder aplicar puntos de soldadura a través del adhesivo y de la superficie ya preparada.Teniendo en cuenta todas estas características, el adhesivo más adecuado para"weldbonding" es el epoxi modificado en pasta, a los que se le suelen añadiraditivos como: • Sílice para evitar una excesiva fluidez. • Cromato de estroncio como inhibidor de la corrosión. • Polvos metálicos para proporcionar conductividad eléctrica.7.1.2 Aplicaciones.Es común soldar a través de adhesivos y selladores en vehículos cuya base es elacero pero, en la mayoría de ellos, no es el adhesivo el que aporta la resistenciaestructural. Los adhesivos sólo son empleados para incrementar la rigidez desecciones en determinadas áreas de estructuras de acero. Se han desarrolladomuchos estudios sobre la técnica de "weldbonding" con aleaciones de aluminio ysus principales aplicaciones han tenido lugar en prototipos y vehículosexperimentales. Cuando la soldadura en producción sea controladaadecuadamente, se conseguirán resultados fiables. Sin embargo, existe todavíacierta resistencia a un mayor empleo de la soldadura por puntos en aleaciones dealuminio, por aspectos que conciernen a la fiabilidad. Además, el equipo desoldadura requerido es mucho más grande que el requerido para acero ya que senecesitan mayores esfuerzos y mayores corrientes de soldeo. 306
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN.7.2 Arco-Láser.La soldadura híbrida arco-láser es un proceso que combina las ventajas del láser ylas de la soldadura por arco, dando lugar a soldaduras de penetración profunda ybuenas tolerancias. La fuente de láser puede ser de CO2 o de Nd:YAG y sepueden combinar con MIG/MAG, TIG o arco plasma.Aunque en un principio parecen dos procesos individuales que actúansecuencialmente, en realidad la soldadura arco-láser se puede ver como lacombinación de dos procesos que actúan simultáneamente.La fuente de láser incide sobre el metal calentándolo localmente hasta latemperatura de vaporización y formando una cavidad en el metal (keyhole). Estevapor metálico interacciona con el arco para permitir que este sea estable avelocidades de soldadura semejantes a la de la soldadura láser autógena, muchomayores que las de soldadura por arco. El arco permite obtener un baño de fusiónde mayores dimensiones que en la soldadura láser autógena, aumentando lastolerancias al posicionamiento o de preparación de bordes tan restrictivas del láser.En el caso de la soldadura híbrida láser-MAG el material aportado permite salvarseparaciones entre chapas bastante amplias.Estas características del proceso híbrido láser–arco repercuten en una serie deventajas con respecto a los procesos laser autógeno y arco por separado.7.2.1 Aplicaciones.El proceso híbrido arco-láser se puede aplicar a una gran variedad de tipos yespesores de materiales y se utiliza en: • Construcción naval. • Industria petroquímica. • Sector aeroespacial. • Sector de automoción. • Sector metal-mecánico.7.3 MIG-Plasma.La soldadura híbrida arco plasma-MIG es un proceso de soldeo que combina elarco de alta densidad energética del proceso plasma junto con la elevada tasa dedeposición del proceso MIG. El resultado es un proceso robotizado con elevadasvelocidades de soldeo, buena penetración y con un número elevado deaplicaciones. 307
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN.7.3.1 Principio de funcionamiento.En este proceso híbrido, el arco de plasma precede al de MIG. Ambos conservanla polaridad comúnmente utilizada en los procesos independientes (MIG polaridadinversa, plasma electrodo al (-) o polaridad directa). El modo de transferencia delmetal de aportación es pulverizado.Hay principalmente tres diferencias con respecto al funcionamiento de los dosarcos por separado: • En el proceso MIG se produce un precalentamiento del hilo MIG debido al proceso plasma anterior. • Se produce una mejora de la transferencia de corriente al electrodo consumible. • Existe una interacción magnética entre los dos procesos. Esta interacción ejerce una fuerza en el arco del proceso plasma adelantando este hacia la dirección de soldeo, compensando su tendencia natural a desviarse por detrás del eje de la antorcha durante el soldeo a elevada velocidad.7.3.2 Ventajas e inconvenientes del proceso.Las ventajas más importantes del proceso son las siguientes: • Aumento de la estabilidad del arco-plasma. • Mayor penetración. • Aumento de la velocidad de soldeo. • Menor calor aportado a la unión.El inconveniente principal es el número de parámetros a ajustar es elevado, puesse suman los de ambos procesos independientemente.7.3.3 Equipo.El equipo necesario para realizar la soldadura está compuesto básicamente por: • Fuente o generador de alimentación de tensión constante para proceso MIG. 308
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN. • Fuente o generador de alimentación de intensidad constante para proceso Plasma. • Unidad de control para la regulación de parámetros de soldadura. • Antorcha específica para el proceso híbrido. • Alimentador de hilo. • Equipo de botellas y caudalímetros para suministrar el caudal necesario del gas de protección.7.3.4 Aplicaciones.El proceso arco plasma-MIG es un proceso de reciente aparición. Es capaz desoldar la mayoría de las aplicaciones de los procesos al arco. Se conocenaplicaciones industriales del soldeo de aceros al carbono de hasta 12 mm deespesor, con configuración de uniones chapa-chapa a tope y chapa-tubo.7.4 Unión mecánica + Adhesivo.Los remaches autoperforantes pueden fijarse o colocarse a través de adhesivoprefijado entre las chapas a unir dando lugar a lo que se conoce como "rivbonding".El proceso comienza fijando las chapas entre un punzón y una matriz. El remachesemi-tubular se introduce en los materiales a unir entre el punzón y la matriz.Perfora la chapa superior y la forma de la matriz hace que el remache se abradentro de la chapa inferior para formar un anclaje mecánico. La forma de la matriztambién provoca la formación de un botón por debajo de la chapa inferior.Idealmente, la cola del remache no debe perforar la chapa inferior. La pastaadhesiva es desalojada de la junta pero algo de adhesivo siempre queda retenidoen el botón entre las chapas.Tanto el uso de remaches de cabeza prisionera como de tornillos requiere de unagujereado previo en ambas chapas lo que implica que el adhesivo no puede sercontenido completamente. Existe la alternativa de los tornillos que no necesitanperforado previo ya que su propio flujo forma un agujero.Los elevados esfuerzos asociados con los procesos de remachado o clinchado(suelen ser 10 veces mayores que los habitualmente empleados en soldadura porpuntos) eliminan la posibilidad de cualquier problema vinculado al desplazamientodel adhesivo. Como el área de la herramienta utilizada para estos procesos sueleser mayor que la del electrodo de soldadura por puntos, el área de la que seelimina el adhesivo es mayor. Los parámetros de proceso se deben fijar de talmanera que se evite agrietamiento de la lámina inferior y la consecuentecontaminación de la matriz. Se ha demostrado que no existen diferenciasfundamentales entre las condiciones de operación del remachado autoperforante y 309
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN.de su técnica híbrida asociada cuando se emplean adhesivos que presentan altasviscosidades. El perfil de fuerza-desplazamiento se modifica ligeramente, de talforma, que se necesita un mayor esfuerzo para conseguir el desplazamientoprefijado cuando se emplea el control de distancia.En líneas generales, las principales ventajas e inconvenientes de estos procesosrespecto de los correspondientes procesos sin la presencia del adhesivo son lasmismas que las resaltadas para el caso del "weldbonding".7.4.1 Consumibles.Los adhesivos empleados" se seleccionan arbitrariamente de entre los adhesivosdesarrollados para otras aplicaciones y que, por tanto, dan como resultado uncompromiso cuando se emplean para uniones híbridas. Estos adhesivos debenreunir las siguientes características: • Deben tener capacidad de fluir bajo presión de los electrodos de soldadura, para facilitar el contacto eléctrico entre las chapas a unir; pero no debería desbordar de la junta por completo antes de proceder al curado del adhesivo. • Debe tener suficiente resistencia térmica para que el calor generado al realizar los puntos de soldadura no deteriore la resistencia de la unión.Pero los adhesivos específicamente diseñados para estas uniones deben mostrarmejoras sobre los existentes en la actualidad, para lo que algunos autores hanpropuesto ciertas características que deben cumplir estos adhesivos de aplicaciónespecífica, con objeto de mejorar la unión: • Buena resistencia a cortadura. • Adecuada resistencia al pelado. • Buena durabilidad. • Capacidad para rellenar toda la unión, sin que tengan lugar contracciones durante el curado, y facilidad para rellenar los huecos. • Preparación superficial capaz de mantener la estabilidad, como mínimo, durante tres semanas antes de que se aplique y cure el adhesivo. • Capacidad para soportar de uno a tres ciclos de curado sin que se produzcan daños en el adhesivo ni detrimento de las propiedades superficiales. • Capacidad para poder aplicar puntos de soldadura a través del adhesivo y de la superficie ya preparada. 310
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN.7.4.2 Aplicaciones.Los adhesivos empleados en el ensamblaje de carrocerías normalmente formanparte de un proceso híbrido de unión. Por ejemplo, las uniones estructurales de lacarrocería se obtienen mediante remachado más adhesivo, particularmente en losvehículos íntegros de aluminio como el Jaguar XJ. La técnica híbrida de"rivbonding" se ha empleado también en el ensamblaje y accesorios de la serie 5de BMW, en la unión de la parte frontal de aluminio al cuerpo de acero. 311
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE V: TÉCNICAS DE SEPARACIÓN Y CORTE.BLOQUE V: TÉCNICAS DE SEPARACIÓN Y CORTE.1 PROCESOS PRINCIPALES EN LAS TÉCNICAS DE SEPARACIÓN Y CORTE.1.1 Corte por láser.La tecnología del Mecanizado Láser se basa en la generación de un rayo láser dealta potencia que es dirigido contra la pieza mediante un sistema de espejos dealta precisión.En la zona de incidencia del rayo se consigue una elevada densidad de potenciaque produce la volatilización del material. El rayo láser erosiona el material enmúltiples capas obteniendo, de este modo, la geometría y profundidad requerida.El mecanizado por láser es un proceso no convencional que permite obtenermecanizados de formas complejas y de pequeño tamaño. La gran ventaja de estatecnología es la posibilidad de mecanizar casi todo tipo de materialesindependientemente de su dureza o maquinabilidad, desde aceros, aleacionestermoresistentes, cerámicas hasta metal duro, silicio, etc.Se dispone de un láser en estado sólido, compuesto por un cristal de Nd:YAG quepermite una potencia media de láser de 100 W, siendo los picos de potencia de 20Kw.La alta densidad de energía del haz láser en el punto de enfoque permite que seproduzca el proceso de ablación, haciendo que el material se vaporice. El diámetrodel haz en el punto de enfoque puede ser de 30 mm o de 100 mm.Si a la tecnología del láser le añadimos la tecnología de fabricación a altavelocidad, se dispone de un equipamiento más completo que permite elmecanizado de moldes que presenten detalles complejos y precisos, a la vez quese pueden obtener paredes verticales y acabados de esquinas vivas.Una de las grandes ventajas de esta tecnología es que al ser una fuente deenergía la que incide sobre el material, no se producen desgastes, roturas nicolisiones de la herramienta de corte, lo que supone una gran ventaja al procesode arranque de viruta tradicional.1.1.1 Tipos de corte por láser.Pueden distinguirse dos tipos de corte por láser: 312
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE V: TÉCNICAS DE SEPARACIÓN Y CORTE. • Corte láser por vaporización: el material absorbe la radiación láser concentrada en el punto de interacción y el material se vaporiza directamente. Es el modo de cortar materiales orgánicos como papel, tejidos o polímeros, que tienen baja conductividad térmica. Se puede proyectar un gas auxiliar no reactivo para evitar la carbonización de los bordes y mejorar el aspecto del corte. • Corte láser por fusión: La energía del láser se emplea en fundir el material en el punto de interacción. El gas auxiliar aportado sopla el material fundido y provoca el surco de corte (Figura 1). Se requiere menos nivel de energía en comparación con el corte por vaporización, pues el material sólo necesita alcanzar el punto de fusión. El gas de aporte puede ser reactivo (oxígeno) o no reactivo, aunque empleando oxígeno se favorece el corte de ciertos materiales al generarse calor por la reacción exotérmica producida. De este modo se requiere menor energía del láser para alcanzar la fusión del material.1.1.2 Ventajas e inconvenientes del corte por laser.Las ventajas del corte por laser son: • Ausencia de contacto mecánico con la pieza. • Ausencia de distorsión mecánica de la pieza cortada. • Zona de afectación térmica reducida. • Posibilidad de cortar materiales de gran dureza y alta fragilidad. • Proceso de fácil automatización, apto para cualquier geometría. • Altas velocidades de proceso. • Alta precisión. • Anchura de surco reducida. • Bordes de surco paralelos. • Mayor aprovechamiento del material. • Mecanizado posterior no necesario. • Aplicable a gran variedad de materiales. • Ausencia de desgaste de herramienta. • Endurecimiento de las superficies cortadas. • Sellado de los bordes de corte en ciertos materiales (tejidos). 313
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA ARA BLOQUE V: TÉCNICAS DE SEPARACIÓN Y CORTE E CORTE.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 tratartérmicamente. Además, los equipos involucrados son muy costosos y consumenmucha energía.1.1.3 Requerimientos de la instalación. mientosLa instalación necesaria para poder realizar trabajos de corte por láser comprende: • Fuente Laser: Normalmente de CO2 • Unidad de Refrigeración: Para el correcto funcionamiento de la fuente Láser • Instalación de Gases: Auxiliares de Corte • Máquina herramienta: Para el Posicionado y manipulado del material • Cabezal de focalización: Para concentrar el haz en el punto de corte • Sistema CAD/CAM: Para facilitar el diseño a la programación • Sistema de Extracción y Filtrado de Humos: Reco Recogida de gases generados en el procesoLas maquinas que trabajan por corte con laser tienen las siguiente anatomía.Figura 1.1 Maquina de corte por laser. A. Dispositivo láser. B. Gases de corte. C. Carro transversal. .1D. Lamas de mesa. E. Cámara de extracción F. Extractor. G. Espejo deflector. H. laser. I. Cabezal de extracción corte. 314
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE V: TÉCNICAS DE SEPARACIÓN Y CORTE. 1.1.4 Aplicaciones del corte por laser. La tecnología del corte por láser posibilita el mecanizado de figuras y piezas de pequeñas dimensiones, permitiendo obtener esquinas vivas y agujeros de pequeño diámetro, es decir, formas geométricas que no es posible o es muy costoso obtener mediante procesos convencionales. Permite la creación de cavidades para aplicaciones tan diversas como moldes técnicos de precisión, técnica médica, electrónica y moldes de semiconductores, micro tecnología, construcción de prototipos. La creación de cavidades para moldes de microinyección, micro postizos para la matricería, grabados superficiales y profundos, y sustituir operaciones de electro erosión en casos concretos. Otra aplicación muy interesante del mecanizado por ultrasonidos es la perforación de matrices o hileras de carburo, estelitas, diamante, etc. 1.2 Corte por plasma. El fundamento del mecanizado por plasma se basa en elevar la temperatura del material a mecanizar de una forma muy localizada y por encima de los 30.000 ºC, llevando el material hasta el cuarto estado de la materia, el plasma, estado en el que los electrones se disocian del átomo. El mecanizado por plasma se realizara, al transformar la corriente eléctrica generada por la máquina en un chorro de plasma de alta densidad y energía. Éste se origina al paso del aire a presión a través del arco eléctrico que se produce entre el electrodo y la pieza.1.2.1 Clasificación de los proceso de corte por plasma. Hablando genéricamente de los tipos de plasma es posible distinguir dos grandes clasificaciones: • Clasificación en función de la aplicación. - Plasma estándar: De cara al corte mecanizado es la derivación del plasma manual que sólo cuenta con un gas: el que efectúa el corte. Esta aplicación es bastante limitada y es poco empleada, ya que solo trabaja para corte de chapas de pequeño espesor. - Plasma dual: Es la tecnología más usada actualmente. Se utiliza un gas como plasma y un segundo gas (que puede ser 315
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE V: TÉCNICAS DE SEPARACIÓN Y CORTE. el mismo) que no realiza la función de corte sino de elemento de protección. Una de las ventajas de esta tecnología es que en ciertos metales, y en particular en acero al carbono, el plasma dual puede mejorar un 10 o 15% las velocidades de corte y la calidad. En acero inoxidable y aluminio tiene aplicaciones muy importantes respecto a la calidad de corte. - Bajo el agua: Se trata de una tecnología muy extendida y muy aplicada actualmente y aún le quedarán muchos años en centros donde se necesiten grandes intensidades de corriente o donde se puedan tener problemas de contaminación, ruido o luz, e incluso efectos térmicos por el aporte de calor. - Aplicaciones especiales: Ya hay plasmas pensados para puntos concretos, tales como las tecnologías que intentan mejorar la calidad de corte de alta definición, o allí donde se pretende conseguir alta calidad por encima de otros criterios como pueda ser la productividad. En este caso la elección del gas es muy importante. • Clasificación en función del tipo de proceso: - Plasma por aire: Se trata de un tipo de corte muy genérico: es por supuesto el gas más barato, pero su calidad es media- baja. Presenta una problemática importante: dado que el aporte de aire es gratuito, su proceso de introducción debe ser revisado con mucho esmero, garantizando que esté muy limpio de partículas de aceite o polvo y sobre todo de humedad. En caso contrario, el gasto de consumibles aumenta muchísimo, de forma que lo que se gana en gases se pierde en el coste de los consumibles. El aire se utiliza principalmente en acero al carbono aunque en ciertas aplicaciones puede cortar inoxidable y aluminio también, así como el plasma dual acompañado de todos los gases - Plasma por oxígeno: El oxígeno es el gas primordial para corte con acero al carbono siempre que se esté buscando una muy buena calidad. El oxígeno deja unas superficies muy limpias en cuanto al corte, deja pocas rebabas y las angularidades de las superficies cortadas son pequeñas. El problema del oxígeno es que el campo de corte está limitado a los 300 amperios, lo que supone el corte de 25 o 30 mm como máximo. - Plasma por nitrógeno: A partir de 30 mm, en el caso del acero al carbono s preciso cortar con nitrógeno, también aplicable al aluminio y al acero inoxidable. El problema del 316
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE V: TÉCNICAS DE SEPARACIÓN Y CORTE. nitrógeno con el acero al carbono se presenta cuando hay posibles o futuras soldaduras, ya que puede conllevar problemas de nitruración. Así pues, en el caso de que el elemento a cortar requiera un proceso posterior, es preciso analizar con detenimiento qué combinación de gases debe realizarse. El acero inoxidable de aluminio también obtiene una buena calidad al ser cortado con nitrógeno. Para inoxidable de aluminio la mejor combinación es el H35, nombre genérico o estándar de una mezcla al 35% de carbón e hidrógeno. El corte es excelente en cuanto a calidad, muy limpio y presenta unas superficies brillantes.En la siguiente tabla (Tabla 1.1) se especifica tanto el rango de aplicación como losgases aplicados (gases de corte y gases de aportación) para cada material. Material Gas de corte Gas de aportación Rango de aplicación. Acero 02 Aire Espesores >6 mm Alta calidad pieza Aire, Inoxidable 02, N2, Ar/H2/N2 Grandes espesores. N2+Propano Buena calidad Bajo contenido Al. Aire,N2, 1 a 3 mm espesor. Aleaciones N2, Ar/H2 N2+ propano 2 a 19 mm espesor. Grandes espesores Tabla 1.1 Asociación de las características para el corte por plasma en función de distintos parámetros.1.2.2 Procedimiento para el corte por plasma.Una vez conectado el equipo, debe ajustarse la presión de aire comprimido, con elmando correspondiente, entre 4 y 5,5 bar, en función del espesor de corte y de lascondiciones de trabajo. 317
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA ARA BLOQUE V: TÉCNICAS DE SEPARACIÓN Y CORTE E CORTE.Para realizar el corte, se sitúa la boquilla sobre la superficie de la chapa a cortar, te,colocando la conexión de masa lo más cerca posible de la zona de corte, encontacto directo con el metal. El cebado del arco se produce después de pulsar elinterruptor de la antorcha dos vveces consecutivas. De esta manera, se origina unarco piloto que dura 2 segundos, aproximadamente. Así se puede cortar en zonaspintadas, ya que se quema la pintura hasta conseguir el paso de corriente a travésdel metal.Para realizar un corte preciso y mantener el arco estable, la boquilla debe mantenermantenerse firme y perpendicular a la superficie y no separarla más de 2 mm de lazona de corte. Una distancia excesiva provoca la interrupción del arco. Elmecanizado debe realizarse de forma regular, sin movimientos bruscos de la movimientosantorcha. Para extinguir el arco, se debe soltar el interruptor sin desconectar elequipo, dejando que el aire siga saliendo (“post gas”) para que se refrigeren los (“post-gas”)componentes de la antorcha.Para realizar mecanizados precisos, se coloca el patín guía con la precaución deorientar la abertura para que el chorro de plasma pase por la marca marca. Figura 1. Proceso de corte por plasma. 1.21.2.3 Maquinas para el corte por plasma.El equipo necesario para aportar esta energía consiste en un generador de altafrecuencia alimentado de energía eléctrica, gas para generar la llama de 318
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE V: TÉCNICAS DE SEPARACIÓN Y CORTE. calentamiento (argón, hidrógeno, nitrógeno), y un portaelectrodos, que dependiendo del gas puede ser de tungsteno, hafnio o circonio. Las maquinas utilizadas en el mecanizado por plasma, se puede dividir en dos categorías, que dependerán de la movilidad de la maquinaria. Estas pueden ser: • Fijas: son maquinarias robusta, utilizadas para fabricación en serie con una alta precisión. • Móviles: estas son de fácil movilidad, se aplican para pequeños mecanizados o acabados.1.2.4 Ventajas del corte por plasma. Las ventajas de este tipo de mecanizado son las siguientes: • Especialmente se puede destacar la versatilidad para corte de metales en calibres delgados. • Alta productividad. • Flexibilidad en la fabricación de cualquier forma geométrica. • Rapidez y calidad. 1.2.5 Aplicaciones del corte por plasma. La tecnología del corte por plasma posibilita el mecanizado de figuras y piezas de pequeñas dimensiones, permitiendo obtener esquinas vivas y agujeros de pequeño diámetro, es decir, formas geométricas que no es posible o es muy costoso obtener mediante procesos convencionales. 1.3 Corte por chorro de agua. El corte con chorro de agua (en inglés jet-cutting) es una de las variedades de la hidrodemolición, que consiste en el corte de materiales con agua a extrema presión, combinando dicha presión con la incorporación de algún material abrasivo, tales como el carborundo (Carburo de silicio), el corindón o la sílice. En este caso solo utilizamos la energía cinética del agua para producir el corte. Esta técnica consiste en la proyección sobre el soporte a cortar de un chorro de agua a una presión de entre 2.500 y 3.000 bares, con un caudal de agua de entre 20 y 40 l.p.m., incorporando por efecto Venturi un árido abrasivo al chorro de agua. Con el corte por chorro de agua, el material cortado no está sometido a fuerzas térmicas ni de procesamiento. Otras características importantes de este proceso 319
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE V: TÉCNICAS DE SEPARACIÓN Y CORTE.son la gama prácticamente ilimitada de materiales que se pueden procesar y elahorro de costes incidentales gracias a la alta calidad del corte.1.3.1 Tipos de bombas utilizadas en el corte por chorro de agua.Se pueden diferenciar dos tipos de bombas principalmente: • La bomba de ultra alta presión es el corazón del sistema de corte. • Las bombas tipo intensificador, la presión se genera mediante un multiplicador de presión en el cilindro hidráulico de doble efecto, este trabaja con 210 bares. de presión de aceite, y transmite el movimiento a los pistones de agua, que teniendo una relación de superficies de aproximadamente 1 a 20, comprimen el agua por encima de 4100 bar. A esta presión el agua se comprime a un 13%.1.3.2 Procedimiento de corte por chorro de agua.La etapa inicial de este proceso es la activación de la bomba para generar lapresión necesaria, que será transmitida a través de los conductos de alta presiónhasta la cabeza de corte. En este punto, la energía de presión se transforma enenergía cinética al atravesar un orificio de un tamaño aproximado de 0,3 mm. Elchorro generado, que viaja a tres veces la velocidad del sonido, pasa a través de lacámara de mezcla, en la que se produce el efecto venturi para absorber el abrasivoy mezclarlo con el haz de agua. A partir de este punto, el chorro de agua yabrasivo pasa a través del tubo de mezcla, y acaba impactando contra el material acortar.En este caso es necesario hacer llegar el abrasivo hasta el cabezal. Esto seconsigue a través de diferentes sistemas, el más avanzado consiste en una tolvadel entorno de los 200 Kg. de capacidad en la que se deposita el abrasivo.Esta está comunicada con un depósito presurizado, que es el responsable deenviar el abrasivo hasta la cabeza de corte. En ese punto se encuentra undosificador de abrasivo que garantiza el aporte óptimo por unidad de tiempo alcabezal.1.3.3 Maquinas para el mecanizado por chorro de agua.La maquinas en este tipo de mecanizado tiene el siguiente estructura. • Bomba: su función será aumentar la presión del fluido para así aprovechar la energía cinética de este para realizar el mecanizado. • Herramienta de corte: es un cono perforado, por el cual saldrá el fluido y realizara el proceso. La herramienta puede ser de solo agua 320
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE V: TÉCNICAS DE SEPARACIÓN Y CORTE. o de agua más abrasivo. Normalmente esta herramienta es la misma, la cual se puede regular tanto el caudal de agua como el de abrasivo, siendo posible bloquear el caudal de este último. • Alimentación del área de corte: su funcion sera dotar al fluido de la cantidad exacta de abrasivos. Por tanto de manera secundaria impidira posibles obstrucciones de la manguera de salida del fluido. • Deposito de haz de radiación: permitirá llevar un control del agua, además disminuye los ruidos y mejora la eficacia del corte. • Eje de rotación: es un eje auxiliar, que gracias a él podremos mecanizar todo tipos de tubos. • Mesa de cambio: permite un acceso rápido y seguro a las piezas una vez mecanizadas. • Terminal de mando y control: a través de este dispositivo tendremos un control exacto de la maquina, pudiendo realizar cualquier tipo de operación1.3.4 Tipos de materiales que se pueden mecanizar con el mecanizado por chorro de agua.Partiendo de una energía fija en la boquilla de corte, la velocidad y la calidad decorte en los materiales son función de su índice de mecanizabilidad y del espesorque se pretenda cortar, así pues, cuanto menor es el índice de mecanizabilidad,más lento se hace el corte, y cuanto mayor espesor también se reduce la velocidadde corte.Aunque los espesores de corte más comunes en este proceso oscilan entre los 0,5mm y los 120 mm para materiales duros, en ocasiones los usuarios de corte conagua y abrasivo llegan a cortar hasta 350 mm de materiales como el aceroinoxidable. En el corte de espesores reducidos, esta tecnología permite lacolocación de varias capas una encima de otra para cortarlas a la vez manteniendolas calidades de corte con cierta homogeneidad, aumentando así en gran medidala productividad del proceso.A pesar de que esta tecnología puede cortar todo tipo de materiales, hay algunosque por sus características intrínsecas son especialmente agradecidos a este tipode corte. Por ejemplo el aluminio, acero inoxidable, latón, cobre, piedra, cerámica,entre otros.Para corte de vidrio y materiales frágiles se dispone de un sistema denominado"Asistencia de vacío en perforación", que evita que el material se rompa cuando elagua impacta sobre el mismo, pues tiene tendencia a romperse. Con un procesoen el que se hace circular el abrasivo dentro de la cabeza de corte antes de que 321
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE V: TÉCNICAS DE SEPARACIÓN Y CORTE.pase el agua, se consigue que el agua llegue con abrasivo, por lo tanto erosiona elmaterial y no deteriora la perforación.1.3.5 Ventajas del mecanizado por chorro de agua.Las ventajas de este proceso son las siguientes: • Gran flexibilidad. • Tiempos de instalación cortos. • Gran flexibilidad de material. • Mecanizado sin tensión. • Bajo coste de la herramienta. • Corte multicapa. • Uso de varios cabezales de corte.1.3.6 Aplicaciones del mecanizado por chorro de agua.El mecanizado por chorro de agua, tendrá una utilización habitual en los siguientescampos: • Industrial del vidrio. • Construcción de maquinaria y aparatos. • Industria del automóvil y sus suministros. • Industria aeroespacial y aeronáutica. • Industria eléctrica.1.4 Oxicorte.Puede definirse como un procedimiento de corte de metales por combustiónlocalizada y continua, con un chorro de oxígeno.El metal a cortar se precalienta con una llama, hasta una temperatura a la cual, enpresencia de oxígeno puro, se produzca una oxidación muy exotérmica del metal.El calor desprendido en la reacción favorece el proceso de oxidación a través de lapieza a cortar.Para que un metal pueda cortarse con esta técnica debe cumplir las siguientescondiciones: 322
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE V: TÉCNICAS DE SEPARACIÓN Y CORTE. • El metal, una vez calentado, debe inflamarse en oxígeno puro y producir una escoria fluida que sea fácilmente desalojada de la hendidura de corte por el chorro de oxígeno. • El calor desarrollado en la combustión debe ser lo más elevado posible, sirviendo para mantener la temperatura de corte. • La temperatura de ignición del metal debe ser inferior a la de fusión, para que el metal no se funda antes del corte. • La temperatura de fusión del óxido debe ser inferior a la de fusión del metal, para que la escoria formada no obstruya el corte. • La conductividad calorífica del metal debe ser lo suficientemente baja para que el calor se concentre en una pequeña zona del mismo.1.4.1 Gases utilizados en el oxicorte.Es el gas más utilizado en oxicorte. Es de fácil aprovisionamiento, economía y altatemperatura de la llama.La elevada temperatura de la llama es importante a la hora de cebar el metal. Paraespesores grandes puede presentar, sin embargo, el inconveniente de una granlocalización de calor, lo cual lleva consigo una fusión de las aristas bastanteimportantes, disminuyendo la velocidad de corte.Con el inconveniente además, de la formación de monóxido de carbono, reductorde la sangría.Con el acetileno pueden realizarse cortes con espesores de hasta 900 mm. • Hidrógeno: se utiliza para el oxicorte submarino, debido a que puede comprimirse sin peligro a las grandes presiones del agua a grandes profundidades. Generalmente son operaciones de desguace las que se realizan a estas profundidades. Tiene como desventaja su bajo poder calorífico y la dificultad del aprovechamiento. • Propano: no es económico, aunque su coste es bajo en grandes cantidades. Se puede licuar con facilidad a la temperatura ordinaria hasta la presión de 7 kg/cm2 permitiendo de este modo transportar gran cantidad con un peso muerto pequeño. 323
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE V: TÉCNICAS DE SEPARACIÓN Y CORTE. Para la combustión correcta del propano se necesita de 4 a 5 veces su volumen de oxígeno. • Gas natural: características muy parecidas al propano, pudiéndose emplear las mismas boquillas.1.4.2 Equipo para el oxicorteEl equipo está formado, igual que el de soldadura oxiacetilénica por: • Botellas de gas. • Manoreductores. • Mangueras. • Soplete.El soplete que se utiliza en el oxicorte es similar al que se utiliza en la soldaduraoxiacetilénica, pero con un conducto adicional para el oxígeno de corte. Laempuñadura dispondrá de dos llaves para el oxígeno y el gas combustible deprecalentamiento y una palanca para regular el chorro de oxígeno que se utilizarápara el corte.Los gases de precalentamiento pasan a través de dos tubos hasta el inyector y lacámara de mezcla dónde se igualará la presión de ambos y se mezclarán. Eloxígeno de corte es conducido a través de un tubo al punto donde se conecta laboquilla.La boquilla, normalmente, dispone de un orificio central por donde sale el oxígenoy varios alrededor por donde sale la mezcla de precalentamiento. Existen tambiénsopletes con dos boquillas en serie, saliendo por una de ellas los gases deprecalentamiento y por la otra el oxígeno de corte.1.4.3 Aplicaciones del oxicorte.Las aplicaciones más corrientes del oxicorte son actualmente: como parte delproceso de fabricación en el corte de planchas para fabricación en serie.También puede utilizarse para todo tipo de cortes, ranurados, achaflanados eincluso taladrado de piezas.Su aplicación en el Servicio es variada: • Accidentes de tráfico de vehículos pesados. Accidentes de tren, metro, etc. • Hundimientos. 324
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE V: TÉCNICAS DE SEPARACIÓN Y CORTE. • Apertura de rejas, cancelas, vallados, etc.En general, todas aquellas situaciones en las que haya que cortar elementosderivados del hierro excepto fundiciones y aceros inoxidables o altamente aleados. 325
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE VI: METROLOGÍA Y NORMALIZACIÓN.BLOQUE VI: METROLOGÍA Y NORMALIZACIÓN.1 METROLOGÍA.La metrología la ciencia de la medida. Tiene por objetivo el estudio de los sistemasde medida en cualquier campo de la ciencia.La Metrología tiene dos características muy importantes el resultado de la medicióny la incertidumbre de medida.La industria utiliza una gran variedad de instrumentos para llevar a cabo susmediciones. Desde objetos sencillos como reglas y cronómetros, hasta potentesmicroscopios, medidores de láser e incluso aceleradores de partículas.Por otra parte, la Metrología es parte fundamental de lo que en los paísesindustrializados se conoce como "Infraestructura Nacional de la Calidad"compuesta además por las actividades de: normalización, ensayos, certificación yacreditación, que a su vez son dependientes de las actividades metrológicas queaseguran la exactitud de las mediciones que se efectúan en los ensayos, cuyosresultados son la evidencia para las certificaciones. La metrología permite asegurarla intercambiabilidad de los productos a nivel internacional.1.1 Tipos de Metrología.La metrología tiene varios campos: metrología legal, metrología industrial ymetrología científica son divisiones que se ha aceptado en el mundo encargadasen cubrir todos los aspectos técnicos y prácticos de las mediciones: • Metrología Legal: Este término está relacionado con los requisitos técnicos obligatorios. Un servicio de metrología legal comprueba estos requisitos con el fin de garantizar medidas correctas en áreas de interés público, como el comercio, la salud, el medio ambiente y la seguridad. El alcance de la metrología legal depende de las reglamentaciones nacionales y puede variar de un país a otro. • Metrología Industrial: Esta disciplina se centra en las medidas aplicadas a la producción y el control de la calidad. Materias típicas son los procedimientos e intervalos de calibración, el control de los procesos de medición y la gestión de los equipos de medida. El término se utiliza frecuentemente para describir las actividades metrológicas que se llevan a cabo en materia industrial, podríamos decir que es la parte de ayuda a la industria. En la Metrología industrial la personas tiene la alternativa de poder mandar su instrumento y equipo a verificarlo bien sea, en el país o 326
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE VI: METROLOGÍA Y NORMALIZACIÓN. en el exterior. Tiene posibilidades de controlar más este sector, la metrología industrial ayuda a la industria en su producción, aquí se distribuye el costo, la ganancia. • Metrología Científica: También conocida como "metrología general". "Es la parte de la Metrología que se ocupa a los problemas comunes a todas las cuestiones metrológicas, independientemente de la magnitud de la medida". Se ocupa de los problemas teóricos y prácticos relacionados con las unidades de medida (como la estructura de un sistema de unidades o la conversión de las unidades de medida en fórmulas), del problema de los errores en la medida; del problema en las propiedades metrológicas de los instrumentos de medidas aplicables independientemente de la magnitud involucrada. En la Metrología hay diferentes áreas específicas. Algunas de ellas son las siguientes: - Metrología de masa, que se ocupa de las medidas de masa. - Metrología dimensional, encargada de las medidas de longitudes y ángulos. - Metrología de la temperatura, que se refiere a las medidas de las temperaturas. - Metrología química, que se refiere a todos los tipos de mediciones en la química.1.2 Unidades del sistema internacional (SI)El Sistema Internacional de Unidades (SI) tiene su origen en el sistema métrico,sistema de medición adoptado con la firma de la Convención del Metro en 1875.Para 1960, la Conferencia General de Pesos y medidas (CGPM) como autoridadsuprema para la época adoptó el nombre de Sistema Internacional de Unidades(SI). El SI está hoy en día en uso en más de 100 países. Está formado por sieteunidades básicas y varias unidades derivadas. Las unidades básicas son: • El metro (m) para la magnitud longitud. • El kilogramo (kg) para la magnitud masa. • El segundo (s) para la magnitud tiempo. • El amperio (A) para la corriente eléctrica. • El Kelvin (k) para la temperatura termodinámica. • El mol (mol) para la cantidad de sustancia. • La candela (cd) para la intensidad luminosa. 327
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE VI: METROLOGÍA Y NORMALIZACIÓN.A partir de este conjunto coherente de unidades de medición se establecen otrasunidades derivadas, mediante las cuales se miden muy diversas magnitudes talescomo velocidad, aceleración, fuerza, presión, energía, tensión y resistenciaeléctrica, entre otras.1.3 Instrumentos de medición.Los instrumentos de medición se usan en la industrial principalmente para tresoperaciones, estas son las siguientes: • Valor: cuando al utilizar un instrumento de medición se obtiene un valor estándar. Ejemplo una regla o un pie de rey • Comparación: cuando se obtiene la diferencia entre la pieza y el patrón predeterminado. Ejemplo relojes de comparación. • Verificación: no da medida solo se refiere a sí verifica o no unas condiciones predeterminadas. • Control de superficies y ángulos.Por tanto si clasificamos los instrumentos de medición según su aplicaciónobtenemos la siguiente clasificación: Baja precisión: - Reglas graduadas. Alta precisión: Instrumentos de - Calibre pie de rey medición - Micrómetro - Máquinas de medir. - Reglas optoelectrónicas. - Medición laser. Dimensiones fijas: - Machos. - Hembras. Instrumentos de Calibres fijos para roscas. verificación Verificadores de piezas roscadas. Calas patrón. Metrología óptica. 328
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE VI: METROLOGÍA Y NORMALIZACIÓN. Ampliación mecánica. Instrumentos de Ampliación óptica. comparación Ampliación neumática. Ampliación eléctrica. Falsas escuadras. Transportador de ángulos. Micrómetro goniométricos. Control trigonométrico de ángulos. Verificadores: Control de ángulos - Escuadras. - Plantillas. - Cilindros y conos rectificados. - Reglas prismáticas. - Tampones y anillos. Superficies planas: - Mármoles rectificadores. - Reglas. Control de superficies - Niveles. Superficies esféricas. Control de paralelismo. Tabla 1.1 Clasificación de los instrumentos de medida.1.4 Instrumentos de medida.Como se ha definido anteriormente, con estos instrumentos de mediciónobtenemos un valor numérico que está relacionado a una unidad del sistemainternacional. 329
    • MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE VI: METROLOGÍA Y NORMALIZACIÓN.1.4.1 Características de instrumentos de medida.Las principales características que deben tener los instrumentos de medida son lassiguientes: • Sensibilidad: es