Tecnología mecánica: introducción a materiales, procesos y fabricación

Xavier Salueña Berna
Amelia Nápoles Alberro
Tecnología mecánica
EDICIONS UPC

Primera edición: octubre de 2000
Con la colaboración del Centre de Recursos de Suport a la Docència
© Los autores, 2000
© Edicions UPC, 2000
Edicions de la Universitat Politècnica de Catalunya, SL
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ella mediante alquiler o préstamo públicos, así como la exportación e importación de ejemplares para su
distribución y venta fuera del ámbito de la Unión Europea.

F!Índice
ÍNDICE
MÓDULO 1. INTRODUCCIÓN........................................................................................................ 5
1. Introducción a la tecnología mecánica ........................................................................................ 7
2. Los materiales utilizados en la industria...................................................................................... 7
3. Obtención de los metales ............................................................................................................ 8
4. Metales férricos............................................................................................................................ 9
5. Procedimientos tecnológicos para obtener piezas en bruto y acabadas .................................... 12
6. Fabricación flexible y técnicas avanzadas................................................................................... 19
Bibliografía ....................................................................................................................................... 20
MÓDULO 2. TRATAMIENTOS TÉRMICOS. CONFORMADO DE CHAPA EN FRÍO................... 21
TRATAMIENTOS TÉRMICOS.................................................................................................................. 23
1. Introducción ................................................................................................................................. 23
2. Tratamientos térmicos y termoquímicos más importantes.......................................................... 27
3. Tratamientos térmicos superficiales ............................................................................................ 31
4. Tratamientos superficiales por capa de sustrato......................................................................... 31
5. Tratamientos anticorrosión .......................................................................................................... 31
DEFORMACIÓN METÁLICA EN FRÍO ....................................................................................................... 33
1.Introducción................................................................................................................................... 33
2. Materiales utilizados .................................................................................................................... 33
3. Operaciones principales .............................................................................................................. 34
4. Evolución tecnológica en el conformado de chapa ..................................................................... 68
Bibliografía ....................................................................................................................................... 70
MÓDULO 3. MOLDEO DE PIEZAS METÁLICAS.......................................................................... 71
FUNDICIÓN Y MOLDEO......................................................................................................................... 73
1. Introducción al moldeo................................................................................................................. 73
2. Moldes desechables .................................................................................................................... 79
3. Moldeo con arena ........................................................................................................................ 81
4. Métodos de moldeo con moldes de arena................................................................................... 85
5. Moldes permanentes ...................................................................................................................113
6. Hornos..........................................................................................................................................122
Bibliografía .......................................................................................................................................123
MÓDULO 4. CONFORMADO POR FORJADO EN CALIENTE.....................................................125
1. Introducción .................................................................................................................................127
2. Comportamiento elástico-plástico de las piezas metálicas .........................................................128
3. Proceso de forja o estampación en caliente................................................................................130
4. Maquinarias utilizadas para la forja .............................................................................................135
5. Volúmenes de deslizamiento y de fricción...................................................................................138
6. Forjado con estampas .................................................................................................................142
Problemas resueltos ........................................................................................................................143
Bibliografía .......................................................................................................................................155

F" TECNOLOGÍA MECÁNICA
MÓDULO 5. MECANIZADO POR ARRANQUE DE VIRUTA ........................................................157
1. Introducción .................................................................................................................................159
2. Materiales mecanizables .............................................................................................................159
3. Procedimientos empleados en el arranque de material ..............................................................161
4. Proceso de arranque de material por medio de cuchillas ...........................................................164
5. Proceso de torneado....................................................................................................................175
6. Operaciones en torneado según la cantidad de material arrancado por etapa ..........................177
7. Cálculo de movimientos en torneado ..........................................................................................177
8. Tiempo total del proceso..............................................................................................................183
9. Número de filos por herramienta .................................................................................................184
10. Costos del proceso ....................................................................................................................185
11. Fuerza de corte..........................................................................................................................187
12. Potencia de corte.......................................................................................................................189
13. Taladrado...................................................................................................................................197
14. Cálculo de movimientos en taladrado........................................................................................201
15. Tiempos del proceso..................................................................................................................205
16. Costos del proceso ....................................................................................................................207
17. Máquinas de taladrado ..............................................................................................................209
18. Taladrado de agujeros profundos..............................................................................................210
19. Automatización de las máquinas herramientas.........................................................................218
Bibliografía .......................................................................................................................................227

p5555Módulo 1. Introducción
Módulo 1. Introducción

F%Módulo 1. Introducción
1. INTRODUCCIÓN A LA TECNOLOGÍA MECÁNICA
La tecnología mecánica se puede definir como la ciencia encargada del estudio de la transformación
de los materiales metálicos para la obtención de piezas o artículos de consumo. Como asignatura de
fabricación es de vital importancia para el ingeniero de organización. Antiguamente la fabricación era
considerada como un ente de la empresa desvinculada de la concepción y diseño del producto y que
era la encargada de ejecutar unas ideas ya preconcebidas. Esto fomentaba un incremento del
tiempo de ingeniería por necesidad de rediseños, por no poderse fabricar la pieza o por encarecer el
producto en la fabricación. La filosofía actual no puede concebir el diseño del producto sin pensar en
la fabricación. Si el diseño no es adecuado, la fabricación puede ser costosa y eso supone que el
producto no será competitivo.
Actualmente debido a la competencia y a la guerra de precios, la variabilidad del producto, el
aumento de la calidad del producto y la disminución de los tiempos de entrega se aplica un concepto
denominado ingeniería concurrente en el cual todos los departamentos implicados en un producto
(Diseño, compras, ventas, fabricación...) deben intervenir en su concepción de manera paralela. El
ingeniero de organización como elemento de ligazón de estos departamentos debe conocer como
ingeniero cada parte de este todo y por tanto los métodos de fabricación.
Por otro lado se vinculará aún más en la fabricación cuando se le exija una disminución del tiempo de
elaboración, un aumento de la calidad, una reducción de los elementos almacenados, una flexibilidad,
una reducción de los costos, una redistribución de los puestos de trabajo, una disminución de los re-
corridos de las piezas, una organización del mantenimiento de la planta, un entorno mediambien-
talmente sostenible y sin riesgos para los trabajadores...
Debido a que en la actualidad los metales siguen siendo los materiales más utilizados en la fabri-
cación esta asignatura es clave para obtener la base del conocimiento de los actuales métodos de
su fabricación.
La asignatura parte de una introducción donde se plantean que metales se utilizan más en la
industria, la mayoría de los procesos más utilizados de elaboración de piezas metálicas existentes,
nuevas técnicas de organización de la producción... A continuación se detalla la fabricación de
piezas por deformación tanto en caliente como en frío, por fusión y colada y finalmente por arranque
de viruta. Se trata también en la asignatura los tipos de tratamientos térmicos y anti-corrosión a que
se someten las piezas. Con ello se obtendrá una visión generalizada de la tecnología mecánica, ya
que su estudio completo comprendería toda una carrera.
2. LOS MATERIALES UTILIZADOS EN LA INDUSTRIA
Si realizásemos un balance sobre los materiales más utilizados en la industria comprobaríamos
que son los metales y aleaciones, los plásticos, las cerámicas, los elastómeros y los materiales
compuestos. Dentro de estos y si nos basamos en una tabla que valora a los dos primeros grupos,
deduciremos que no materiales férricos continúan siendo los más utilizados a nivel mundial.
Observaremos además que la manipulación del resto de materiales metálicos también es im-
portante, por lo que el ingeniero debe enfatizar el estudio de la obtención y fabricación de las
piezas metálicas.
© los autores, 2000; © Edicions UPC, 2000.

F& TECNOLOGÍA MECÁNICA
Material Producción
mundial.
(Tn *10
6
)
Densidad
(kg/m
3
)
Volumen producido
mundial.
(m
3
* 10
6
)
Coste relativo
Acero y fundición 768 7900 97 1
Aluminio 18 2700 6,7 3
Cobre 11 8900 1,2 5
Cinc 7 7100 1 4
Plomo 5 11300 0,41 3
Níquel 0,7 8900 0,08 10
Magnesio 0,4 1700 0,23 8
Tin 0,3 5800 0,05 20
Titanio 0,1 4500 0,02 26
Polímeros 85 900-2200 56 (Depende tipo)
En este módulo de introducción comentaremos cómo se obtienen algunos de estos metales, la
clasificación de los aceros según la IHA y las normas UNE, y en que formatos llegarán estos metales
a nuestro taller procedentes de las metalurgias.
3. OBTENCIÓN DE LOS METALES
Los metales se suelen obtener a partir de minerales extraídos de minas subterráneas si el mineral se
encuentra en vetas o a cielo abierto si se presentan en grandes depósitos.
Metal Minerales
Hierro Magnetita, hematita, limonita, goetita, siderita, taconita
Aluminio Bauxita
Cobre Calcopirita, calcocita, cuprita, azurita, bornita, malaquita, cobre nativo.
Zinc Franklinita, willemita, cincita
Plomo Galena
Níquel Niconita, pentlandita, garnierita
Magnesio Agua de mar (no mineral)
Titanio Anatasa, Brookita y Rutilo
No explicaremos en este curso los métodos de obtención de cada uno de los metales, ya que no es
ninguno de nuestros objetivos. Como ejemplo comentaremos de manera sintetizada la obtención de
los metales férricos.

F'Módulo 1. Introducción
4. METALES FÉRRICOS
Se obtienen fundiendo los minerales junto con carbón en los altos hornos. A veces también puede
obtenerse por reducción directa pero es menos común.
El hierro no existe en estado puro sino en minerales denominados mena. De las minas de hierro
extraemos la ganga que consta de la mena y de tierra, barro y rocas. El contenido de hierro en las
menas es de 40% en carbonatos y de 60% en óxidos. Es por eso que nos interesa trabajar con
óxidos por lo que en caso de tener minerales de sulfuros o carbonatos primero los transformaremos
en óxidos.
4.1. Procesos siderúrgicos
T 1. Lavado, cribado y sinterizado
Separamos parte de la ganga (tierra y barro) y trituramos el resto.
T 2. Alto horno
Reducción del hierro mediante carbón de coque (carbón con afinidad por oxígeno) y extracción total
de la ganga con un fundente (cal, básica, si la ganga es ácida y sílice, ácido, si la ganga es básica)
obteniendo el arrabio y la escoria. Separación por diferencia de densidades de la escoria del arrabio.
El resultado es el arrabio que es hierro con un 2,5 a 5 % de carbono, 1 a 3% de silicio y azufre,
fósforo, manganeso...
T 3. Afino del arrabio
Quemamos el Azufre y el fósforo y afinamos el tanto por ciento de carbono al material.
Entran Salen
Mineral...........2t Arrabio...............1t
Coque............1t Escorias...........0,5 t
Fundente......0,5 t Gases................6 t
Aire................4 t
Las escorias se utilizan como abonos, aislantes térmicos...
Dependiendo del tanto por ciento de carbono del metal férrico obtendremos hierro, acero o fundición.
Se considera como hierro el metal férrico con 0,05 a 0,08 % de C ; aceros con 0,08 a 1,8 % de C y
fundición con 2,5 a 5 % de C. Debido a que el arrabio contiene impurezas y un alto contenido de
carbono debemos afinarlo.

F TECNOLOGÍA MECÁNICA
Afino del arrabio
Esquema:
Arrabio CUCHARA Afino del Acero Convertidor
(Sin solidificar)
H. eléctrico
Afino del Acero
(A. solidificado H. Martín-Siemens
más chatarra)
SURCOS Afino de fundición
(A. Solidificado) Cubilote
4.2. Afino del acero
T Afino en convertidor o horno básico de oxígeno
Consiste en quemar por medio de oxígeno tanto las impurezas (fósforo,azufre...) como el exceso de
carbono del arrabio líquido.
Los problemas de estos convertidores es que producen óxido de hierro y nitrógeno por lo que los
aceros obtenidos son de calidad media aptos para elaborar tubos, chapas, perfiles laminados,
alambre.
T Afino en horno Martin-Siemens o de hogar abierto
Son hornos de gas que funden en su interior a 1800ºC lingotes de arrabio solidificado y chatarra. Al
alcanzar dicha temperatura se destruyen todas las impurezas y se consiguen aceros de calidad
aptos para fabricar piezas de maquinaria.
T Afino en horno eléctrico
Transforman la energía eléctrica en calor por lo que alcanzan temperaturas superiores a los
anteriores. Al no generarse llama sólo se queman las impurezas y no el metal. Los aceros son de
alta calidad o aleados. Los dos tipos de hornos eléctricos son: De arco y de inducción. Una vez
afinado el acero se recoge en cuchara y vierte en lingoteras obteniendo lingotes de acero que tras
calentarse en pozos de inmersión se forjarán o laminarán para obtener piezas comerciales.
4.3. Afino de la fundición
T Cubilote
El cubilote es un horno cilíndrico en el cual se introducen capas alternadas de arrabio y de carbón de
coque (tras encender con maderas) hasta sobrepasar la altura de las toberas. Una vez
incandescente se añade el fundente y se inyecta aire por las toberas. El metal fundido cae en un
crisol y cuando está lleno se abre la piquera y se recoge el metal en cucharas de colada para
después verter en los moldes de fundición.
La diferencia entre los aceros y la fundición en cuanto a propiedades se refiere:

FMódulo 1. Introducción
Aceros Fundición
Dureza media Gran dureza (F blanca), dureza media (F gris)
Resilencia Baja resilencia
Soldabilidad No soldables
Forjables No forjables
Dúctiles y maleables No dúctiles ni maleables
Resistencia No resistencia
Oxidan Resistencia a corrosión
No colabilidad Colabilidad
4.4. Obtención de formas comerciales de aceros
Una vez obtenidos los lingotes de acero y cuando aún están incandescentes se depositan en unos
rodillos que llevan al lingote hacia unos cilindros donde se obliga a pasar el material entre ellos
reduciendo su espesor y adoptando formas determinadas.
Es lo que se denomina laminación en caliente.
S Formas comerciales de aceros más comunes
Nombre Ancho (mm) Espesor (mm)
Plano ancho 200 a 600 4 a 10
Llanta (12) 10 a 200 10 a 120
Pletina (13) 10 a 200 4 a 10
Fleje (14) inf a 200 inf a 4
Chapa sup a 600 6 gruesa
3-6 media
6 fina
Redondo (7) D 5 a 200
Cuadrado (8) L 8 a 100
Vigas (1) Forma de I
Hexagonal (9) 5 a 70
Pasamanos (10) segm circular
Medio redondo (11) semicircular 10 a 25
Perfil en U (2) Forma de U
Angular (3 y 4) Forma de L
Carril Vía del tren
Perfil en Z (6) Forma de Z
Perfil en T (5) Forma de T
Perfiles especiales Distintas formas
S Secciones de algunas formas comerciales

4.5. Otras formas comerciales
S Tubos
- Sin soldadura
- Con soldadura
S Alambres
Se obtienen por trefilado que consiste en hacer pasar a material por una hilera arrastrado por
bobinas.
S Laminación en frío
Otro tipo de método para obtener perfiles es mediante laminación pero con el material no en estado
plástico. El material obtenido es más duro y de más resistencia.
4.6. Formas comerciales de metales no férricos
Se suelen obtener por extrusión. Consiste en presionar mediante un émbolo una masa de material a
baja o alta temperatura forzándole a salir por una hilera o matriz .
S Cobre - Planchas, tubos, alambres y pletinas.
S Latones - Redondos, hexagonales, planchas y tubos.
S Bronces - Chapas, alambres, planos anchos y tubos.
S Aluminio - Pletinas, chapas, redondos, alambres y perfiles.
S Estaño - Chapas finas, láminas y alambres.
S Zinc - Tubos y canalones.
4.7. Tablas de aceros
Los aceros son muy utilizados en la industria y por tanto también en esta asignatura. Es por ello
necesario tener unas tablas de aceros con las propiedades básicas de estos, temperaturas de forja,
características de los tratamientos térmicos ... Debido a que los aceros más utilizados en la
construcción mecánica son los aceros finos (con un porcentaje de impurezas no superiores a ciertos
límites) tendremos tablas sólo de estos aceros según normas IHA y UNE.
Los aceros finos se dividen además en tres grupos: aceros de construcción, aceros de herramientas
y aceros inoxidables y resistentes al calor.
En esta asignatura trabajaremos sólo con las tablas de aceros de construcción e inoxidables.
Las tablas están al final de este módulo.
5. PROCEDIMIENTOS TECNOLÓGICOS PARA OBTENER PIEZAS EN BRUTO
Y ACABADAS
En este apartado describiremos esquemáticamente o enunciaremos cuáles son los procedimientos
para obtener las piezas acabadas. La pieza en bruto se suele obtener normalmente en las
siderurgias o metalurgias en forma de lingote o productos comerciales. En las fundiciones, forja,...
obtenemos productos semielaborados y finalmente tras el mecanizado tenemos la pieza final. El

F!Módulo 1. Introducción
alumno no debe profundizar en estos procesos, sencillamente es necesario que sea consciente de
su existencia. En los más importantes ya profundizaremos en próximos módulos.
En este curso trataremos todos los apartados marcados con asterisco. (*)
5.1. Esquema de procesos para obtener piezas o formas en bruto
S Laminación
S Trefilado
S Fundición (*)
S Forja rápida
S Estampado en caliente o forja lenta (*)
Se hace pasar un lingote de material caliente (o frío) entre cilindros
para obtener chapa o barra con perfil.
Barra de laminado en frío se pasa por hilera de embocadura para
obtener alambre.
A partir de metal fundido y moldes se obtiene la pieza.
Se realiza un esbozo de la pieza en caliente mediante un martinete
Se imprime en caliente en estampa (con martillo o prensa) un elemento
esbozado en forja rápida.

S Estampado en frío (*)
S Extrusión en caliente o frío
S Sinterización
5.2. Esquema de procesos para obtener piezas desbastadas o acabadas
T Arranque de viruta
S Torneado (*)
S Taladrado (*)
S
A partir de una chapa mediante troqueles y prensas
mecánicas o hidráulicas. Corte, doblado y embutido...
Se Impele hacia fuera mediante fuerza el metal introducido
en una matriz para obtener un perfil.
Se Calienta y prensa polvos de metal para obtener las piezas.
Se crea un hueco cilíndrico en la pieza.
Se perfila alrededor de un eje un sólido de revolución la pieza.
Máquinas: Tornos o centros de torneado.
Operaciones: Cilindrado, refrentado, ranurado, tronzado, roscado o
fileteado, mandrinado, perfilar o copiar en redondo.

F#Módulo 1. Introducción
Escariado, mandrinado
S Limado
S Cepillado o planeado
S Mortajado
S Brochado
Cilindrado interior de precisión.
Se arranca viruta horizontal de la pieza. Pieza fija
Se Arranca viruta horizontal en dos direcciones. Pieza móvil.
Acción de arrancar viruta verticalmente para conseguir
ranuras longitudinales. Dentaduras si se trata de engra-
najes.
Se repasa con una brocha (herramienta de filos esca-
lonados) un agujero cilíndrico o superficie exterior para
transformar el perfil de la pieza.

F$ TECNOLOGÍA MECÁNICA
S Fresado
S Aserrado
S Dentado
S Roscadoras
Electroerosión
T Arranque de partículas
S Rectificado
Se arranca viruta de la pieza mediante herramientas circulares
de cortes múltiples.
Se recortan piezas erosionando el material eléctricamente.
Tipos: Hilo y penetración (ECM, EDM)
Muy utilizado en matricería y moldes.
Consiste en la fabricación de engranajes
Por: Dentadoras por fresa madre o mortajadoras Fellocus o
Maag
Se corrige con precisión una superficie plana, cilíndrica,
cónica,... con una muela .
Consiste en separar un trozo de una barra. Existen:
- Sierras circulares (tubos ...)
- Sierras de cinta
- Sierras alternativas
Se utilizan para roscar agujeros.

F%Módulo 1. Introducción
S Bruñido o lapidado
S Afiladoras, pulidoras, esmeriladoras, rebabadoras, ultrasonidos
5.3. Otras operaciones importantes
T Cortar (*)
Consiste en separar las piezas
Aserrado mecánico
Electroerosión
Punzonado
Láser
Oxicorte
Por plasma
Chorro de agua
T Soldadura
Consiste en unir piezas en una unión rígida no desmontable
S Arco eléctrico
S Resistencia
Se repasa con abrasivos de grano fino y aceite una super-
ficie templada y rectificada o alisada.
Es un pulido, afilado ... sin precisión dimensional.

S Puntos y roldana
Puntos: Roldana:
S Autógena
S Láser
S Chorro de plasma
A. Electrodo D. Metal base
B. Enfriamiento E. Baño de fusión
C. Arco
S MIG

F'Módulo 1. Introducción
S MAG
S TIG
A. Boquilla E. Arco
B. Metal de aportación F. Cordón de soldadura
C. Electrodo G. Baño de fusión
D. Gas protector H. Metal de base
T Tratamientos térmicos y tratamientos anticorrosión (*)
T Medición y verificación (*)
T Máquinas de ensayos
6. FABRICACIÓN FLEXIBLE Y TÉCNICAS AVANZADAS
(Clase inagural)

BIBLIOGRAFÍA
S Chevalier, Bohan: Tecnología del diseño y fabricación de piezas metálicas. Ed. LIMUSA Noriega
editores. 1998.
S Neely: Materiales y procesos de manufactura Ed. LIMUSA Noriega editores. 1992.
S Ferré, R.: La fábrica flexible Productica Ed Marcombo. 1988.

F Módulo 2. Tratamientos térmicos conformado de chapa en frío
Módulo 2. Tratamientos
térmicos. Conformado
de chapa en frío
Xavier SalueñaBerna

F !Módulo 2. Tratamientos térmicos conformado de chapa en frío
TRATAMIENTOS TÉRMICOS
1. INTRODUCCIÓN
Un tratamiento térmico es un proceso utilizado para modificar las características mecánicas de
ciertas aleaciones mediante ciclos de calentamiento y enfriamiento del material de tal forma que se
modifiquen sus constituyentes. Para que sea efectivo el metal debe estar aleado por ciertos átomos.
En un tratamiento termoquímico se pretende la inserción de partículas en las retículas cristalinas de
la superficie para alear la superficie de la pieza y que el tratamiento térmico sea efectivo. El
tratamiento térmico puede realizarse sobre toda la pieza o en la superficie.
1.1. Aplicación de los tratamientos térmicos
Se suelen aplicar después de mecanizar la pieza. Debido a que al calentar la pieza acabada esta se
deforma tras el tratamiento debemos rectificar ciertas piezas para conseguir la calidad geométrica y
dimensional necesaria. Actualmente y debido a la evolución de las técnicas de mecanizado podemos
arrancar viruta de materiales desbastados y tratados térmicamente por lo que podemos evitar
operaciones innecesarias.
Mecanizado ---- Tratamientos térmicos --- Rectificado
T Consideraciones
Diferencia de resistencia a tracción y dureza entre metal puro y aleación. Podemos comprobar que
una aleación posee mayor resistencia a la tracción que un metal puro de la misma sección.
Si calentamos las probetas anteriores a 850ºC y enfriamos bruscamente observaremos que la
probeta de metal puro no modifica sus propiedades mientras que la aleada con carbono aumenta su
resistencia considerablemente.

La dureza y resistencia se incrementan en la segunda probeta aleada. ¿A qué se debe? Estudiemos
brevemente la composición de los metales y de sus aleaciones.
T Estado metálico
Los metales en estado sólido presentan una estructura cristalina en los cuales los átomos aparecen
formando redes cristalinas. En el caso de metales puros, a temperatura ambiente, se presenta
siempre la misma estructura. En cambio en aleaciones puede darse para este caso estructuras
diferentes según sea la velocidad de enfriamiento. Esto se debe a que el metal puro de hierro, por
ejemplo, no contiene carbono y el aleado sí. En el aleado al enfriarse sus átomos de carbono al ser
mayores a los de hierro quedan aprisionados en la retícula cristalina por lo que forman granos más
compactos, duros y resistentes. La cantidad de átomos encerrados en la retícula dependerá de la
velocidad de enfriamiento del metal.
S Diagrama Hierro – carbono simplificado

F #Módulo 2. Tratamientos térmicos conformado de chapa en frío
Veamos las estructuras cristalinas del metal de hierro a 1100°C y a temperatura ambiente.
S Estructura del acero en estado pastoso a 1100°C, austenita, red cúbica centrada en las caras
S Estructura del hierro a temperatura ambiente , red cúbica centrada
Si realizo un enfriamiento lento 20ºC a 40ºC por hora la austenita se transforma en perlita - ferrita o
perlita – cementita dependiendo del porcentaje de carbono del acero. La estructura de red cúbica
centrada en las caras pasa a cúbica centrada con la posibilidad que los átomos de carbono salgan
de la retícula cristalina. Si los átomos de carbono escapan el metal será menos duro y menos
resistente.
Si realizo un enfriamiento más rápido 30ºC a 50ºC por minuto la austenita se transforma en
estructura más fina que es la troostita. Quedan más átomos de carbono encerrados.
Si el enfriamiento es muy rápido 200ºC a 500ºC por segundo la austenita se transforma en
martensita. La estructura de red cúbica centrada en las caras pasa a cúbica centrada y la mayoría de
los átomos de carbono quedan aprisionados en el interior de la retícula cristalina.
A mayor velocidad de enfriamiento el carbono tendrá menos tiempo para escapar de la retícula
cristalina y se conseguirá una estructura más dura, más resistente pero también más frágil.
T Diagramas de Bain (TTT)
Para estudiar la transformación de la austenita al enfriarse se construyeron unas gráficas experimentales
de temperatura-tiempo-transformación denominadas de Bain. Como se ve consta de dos curvas una
inicio de transformación y otra de fin de transformación. Primero el metal debe calentarse a temperatura
crítica y después enfriarse hasta la curva de inicio de transformación. En el tramo entre las dos curvas la
temperatura debe mantenerse constante (en un baño salino) y después volver a enfriarse.

F $ TECNOLOGÍA MECÁNICA
S Influencia de la velocidad de enfriamiento.
Esta propiedad de los aceros de modificar sus propiedades como la dureza y la resistencia a la
tracción se utiliza mucho en fabricación.

F %Módulo 2. Tratamientos térmicos conformado de chapa en frío
2. TRATAMIENTOS TÉRMICOS Y TERMOQUÍMICOS MÁS IMPORTANTES
S Temple
S Revenido
S Bonificado
S Recocido
S Normalizado
S Cementación
S Nitruración
S Carbonitruración
S Cianuración
S Sulfinización
2.1. Tratamientos térmicos
T Temple
Se transforma la austenita en martensita mediante un enfriamiento muy rápido con velocidad superior a la
crítica. Esto provoca que la pieza gane la máxima dureza pero también mayor fragilidad. El enfriamiento
se suele realizar con agua si se quiere un enfriamiento más brusco, mayor dureza, o aceite si no se
quiere tanta brusquedad, menor dureza. A mayor temperatura de temple también se conseguirá mayor
dureza o resistencia o viceversa.

S Temple
En piezas muy gruesas y debido a que el enfriamiento debe ser desde 850ºC a temperatura ambiente
en menos de 2 segundos, hace que esta no se transforme totalmente en martensita. Esto crea tensiones
internas en casos de piezas con partes gruesas y delgadas.
La dureza y la resistencia mecánica aumentan cuanto mayor es el porcentaje de carbono en el
acero.
T Revenido
Como hemos visto en el temple las piezas adquieren fragilidad (resilencia) y cuando tienen partes
finas y gruesas se pueden crear tensiones internas. Para dar una mayor tenacidad a las piezas y
eliminar estas tensiones se realiza el revenido. El revenido consiste en calentar la pieza hasta una
temperatura por debajo de la crítica hasta que la estructura se transforme en una menos dura que la
martensita (sorbita o martensita revenida). A mayor temperatura de revenido, menor dureza

F 'Módulo 2. Tratamientos térmicos conformado de chapa en frío
El conjunto de temple y máximo revenido se denomina Bonificado.
En el temple y revenido lo que pretendemos es llegar a un compromiso entre la resilencia y la dureza
que debe tener nuestro material. Cuanta más dureza tenga el material más frágil será y viceversa.
T Recocido
Cuando sometemos al material a elaboraciones plásticas (laminados, forjados, embutidos...) o enfria-
mientos en malas condiciones se producen desmenuzamientos de los cristales y su compenetración,
deformándose la retícula y creando tensiones internas. La finalidad del recocido es el eliminar estas
tensiones internas obteniéndose estructuras más blandas y de fácil mecanización.
Se distinguen dos tipos
S Recocido de ablandamiento (recocido)
S Recocido de regeneración (normalizado)
S Recocido de ablandamiento
Se calienta la pieza por encima de la temperatura crítica y se deja enfriar lentamente en el mismo
horno donde se calentó. Se obtiene una estructura más blanda de perlita-ferrita (normal).

F! TECNOLOGÍA MECÁNICA
T Normalizado
Se calienta la pieza por encima de la temperatura crítica y se deja enfriar en aire en reposo. Se
consigue una estructura más fina y homogénea que el recocido.
Comparación entre los diferentes métodos.
2.2. Tratamientos termoquímicos superficiales
T Cementación
Hemos comentado antes que cuanto más carbono tenga la aleación más dureza podemos alcanzar.
En el caso de aceros dulces y extradulces se carbura superficialmente la pieza en presencia de
cementante. Después dicha pieza se templa obteniéndose así una pieza superficialmente dura pero
cuyo núcleo (no cementado) es tenaz. Se utiliza para piezas con gran resistencia al desgaste y a la
vez elevada resilencia (engranajes, cigüeñales, rodillos, levas, crucetas, articulaciones...).
T Nitruración
Se utiliza para endurecer superficialmente las piezas y protegerlas de la corrosión por absorción de
nitrógeno a una temperatura determinada por parte del acero. (herramientas como brocas...)
T Carbonitruración
Se utiliza en piezas de gran espesor. Consiste de endurecer superficialmente las piezas y evitar su
corrosión (en caliente) gaseando por carbonitruración los aceros tanto de bajo contenido en carbono
como incluso los de aleación media. El acero absorbe así tanto carbono como nitrógeno.
T Cianuración
Igual que el método anterior pero con baños de cianuro.
T Sulfinización
Se incorpora a la capa superficial de algunos metales, acero, carbono, nitrógeno y sobre todo azufre
mediante un baño a una temperatura determinada.
Se aumenta la resistencia al desgaste de los metales y se disminuye su coeficiente de rozamiento.

F!Módulo 2. Tratamientos térmicos conformado de chapa en frío
Imagenes de diferentes tipo de grano
Bainita Troostita Sorbita Martensita
3. TRATAMIENTOS TÉRMICOS SUPERFICIALES
En estos sistemas se realiza un temple solamente de la superficie de la pieza y no del núcleo. De
esta forma conseguimos piezas resistentes al desgaste exterior pero tenaces interiormente.
Enumeraremos los tipos que dependen principalmente de la forma de calentar la superficie de la
pieza:
S Temple a la llama oxiacetilénica
S Temple por inducción
S Temple por láser
S Temple por haz de electrones
S Temple en vacío por plasma
4. TRATAMIENTOS SUPERFICIALES POR CAPA DE SUSTRATO
Se consigue endurecer la superficie de la pieza aleándola pero sin aplicar ningún tratamiento térmico.
S Pulverización catódica
S Recubrimiento iónico
S Implantación iónica
S Deposición química
5 TRATAMIENTOS ANTICORROSIÓN
Se recubre la pieza externamente sin modificar su estructura para evitar la corrosión
S Pintado
S Plastificado

T Ejemplo
Se requiere de un acero al carbono de gran elasticidad para la construcción de muelles cuya resistencia,
tras un temple y un revenido para los intervalos recomendados según tablas, pueda alcanzar una resis-
tencia de aproximadamente 150 kg/mm2.
S a. Determinar de qué acero se trata.
S b. Determinar para que condiciones se conseguiría la máxima dureza según tablas.
Condiciones %C= ....... Ttemple = ......... ºC TRevenido = ......... ºC temple en agua o aceite?
S c. Determinar en que condiciones se conseguiría la resistencia requerida en los muelles tras el
temple y el revenido.
Condiciones %C= ....... Ttemple = ......... ºC TRevenido = ......... ºC temple en agua o aceite?
Resolución
S a. En este apartado debemos recurrir a la tabla de los aceros, exactamente al apartado de aceros de
gran elasticidad. De estos aceros existen dos que son al Carbono propiamente dicho: El F-141 y el F-
142 según IHA. De estos dos tipos el único que nos asegura la resistencia de 150 kg/mm2
es el F-142.
IHA Designación % C Temple ºC Revenido ºC R ( kg/mm2
)
F-141 Acero al C de temple en aceite para
muelles
0,6
0,8
815 - 825
Aceite
350 - 650
Aire
130 - 140
F-142 Acero al C de temple en agua para
muelles
0,4
0,6
800 - 820
Agua
350 – 650
Aire
115 - 160
La tabla nos da la información siguiente respecto a los valores de la resistencia del material tras el
tratamiento.
1.En las condiciones más propicias para aumentar la resistencia, es decir:
% C Máximo
Temperatura de temple máxima con enfriamiento en agua (más brusco que el aceite)
Temperatura de revenido mímima
La resistencia será de 160 kg/mm2
2.En las condiciones más propicias para disminuir la resistencia, es decir:
% C Mínimo
Temperatura de temple mínima con enfriamiento en agua (Ya que lo marca la tabla podría ser menor
con la utilización de aceite)
Temperatura de revenido máxima
La resistencia será de 115 kg/mm2
S b. Así para conseguir la máxima resistencia , o sea dureza las condiciones son:
Condiciones %C= 0,6 Ttemple = 820 ºC enfriamiento en: (agua) TRevenido = 350 ºC (aire)
S c. Para conseguir 150 kg/mm2
debido a que está más próxima a 160 que a 115 kg/mm2
trataremos
de conseguir el valor máximo de resistencia mediante temple y ajustaremos por revenido. Si
aumentamos la temperatura de revenido la resistencia disminuirá. El valor de temperatura de
revenido es apro-ximado. Otra temperatura de revenido como 500ºC se aceptaría pero no la de 600
o 650 ºC ya que dis-minuiríamos demasiado la resistencia ya que el valor conseguido en el caso de
650 ºC estaría próximo al valor medio de entre 160 y 115 kg/mm2
.
Condiciones %C= 0,6 Ttemple = 820 ºC enfriamiento en: (agua) TRevenido = 450 ºC (aire)

F!!Módulo 2. Tratamientos térmicos conformado de chapa en frío
DEFORMACIÓN METÁLICA EN FRÍO
1. INTRODUCCIÓN
La deformación metálica en frío consiste en conformar o cortar un material de un poco espesor,
normalmente inferior a 15 mm, sin calentamiento de este (excepto la embutición de chapas de acero
duro o semiduro de espesor mayor a 7mm en que se trabaja en caliente).
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 como en el caso de la forja para
trabajarlo. Dada la precisión dimensional de este método, no sólo es utilizado en chapa sino que se
utiliza para acabar piezas obtenidas por otros procedimientos. Además de la precisión dimensional y
buen acabado conseguimos mayor resistencia mecánica y dureza que en el caso de deformación en
caliente.
Debido al gran uso de la chapa para la fabricación de piezas, carrocerías, trabajos de calderería
como tuberías, material eléctrico, latas o objetos tan cotidianos como ollas, cubertería, fregaderos,
estuches metálicos, agujas de hilo... su estudio se realiza de forma independiente según el grosor de
la chapa. Así se llama hojalatería o calderería fina si el espesor es menor a 1 mm, chapistería de 1 a
3 mm y calderería gruesa si es mayor a 3 mm. En nuestro estudio nos referiremos al trabajo en
chapa en general que como se sabe se obtiene por laminación en caliente en las metalurgias.
2. MATERIALES UTILIZADOS
Los materiales de las chapas utilizadas en la conformación en frío deben ser materiales con las
siguientes características:
S La plasticidad que es la capacidad que debe tener el material para deformarse de forma permanente
sin romperse. Es importante que el material sea dúctil y maleable es decir que sea plástico al
traccionarse y al comprimirse respectivamente.
S Un límite elástico bajo, es decir, que debe poderse deformarse con facilidad, ya que un material sólo
consigue deformarse permanentemente si se ejercen esfuerzos superiores a dicho límite.

Existe por encima del límite elástico un punto, denominado de ruptura, donde el material se rompe.
Al deformarse el material se va endureciendo progresivamente hasta llegar a este punto. Si cesamos
el esfuerzo en un punto de la zona no elástica próximo al punto de rotura por unos instantes y se-
guimos con el mismo esfuerzo, reemprenderemos la deformación con la dureza que teníamos antes
de parar y por lo tanto al aumentar el esfuerzo se romperá la chapa. Si después de parar
recociéramos la chapa, eliminando las tensiones internas y por lo tanto reblandeciendo el material,
nos alejaríamos del punto de ruptura aun conservando la deformación conseguida. Esto nos per-
mitiría conseguir mayores deformaciones ya que restauraríamos su plasticidad.
Otro parámetro a tener en cuenta en algunas operaciones como el doblado es que los materiales
tienen una recuperación elástica, es decir, que aunque se deformen permanentemente suelen
retroceder hacia su antigua posición algunos grados. Por eso al doblarse se debe hacer con unos
grados por exceso para compensar este hecho.
Teniendo en cuenta todas estas consideraciones, los materiales más idóneos en el trabajo de chapa son:
S Aceros dulces y extradulces (bajo contenido en carbono.)
S Aceros austeníticos inoxidables.
S Latón y cobre.
S Aleaciones ligeras y de aluminio-cobre.
En el caso de chapas de aceros realizadas por laminación en caliente y que deban trabajarse en frío, es
conveniente realizar previamente un decapado químico (ataque con HCl o HSO4) para eliminar el óxido y
un recocido para reblandecer el material. Normalmente y para evitar la corrosión, algunas chapas se
galvanizan con cromo o zinc.
Estas chapas se obtienen de las metalurgias en forma de carretes de chapa enrollada o de láminas.
3. OPERACIONES PRINCIPALES
Se nombran algunas de las operaciones que realizamos mediante deformación en frío y que estudiaremos
a continuación:
S Cizallado
S Doblado o estampado
S Aplanado
S Rebordeado, plegado o perfilado
S Perfilado
S Troquelado
S Embutido
S Entallado
S Otras
3.1. Cizallado
Previamente a cualquier trabajo es preciso cortar la chapa con unas dimensiones de ancho y
largo en función de la pieza final a obtener (en caso de calderería) o sólo en función del ancho
para que las tiras de chapa denominadas bandas se adapten a las guías del útil de trabajo de
chapa (matriz).

F!#Módulo 2. Tratamientos térmicos conformado de chapa en frío
El corte de la chapa en línea recta es el cizallado y se realiza por medio de una cizalladora que es
una máquina que contiene dos cuchillas metálicas que al cerrarse cortan la chapa. En el esquema
adjunto se muestran las cuchillas durante el corte mostrando la cara de corte y los respectivos
ángulos correspondientes. Siendo α el ángulo de incidencia, β el ángulo de corte y γ el ángulo de
desprendimiento. Estos ángulos dependen de la dureza del material a trabajar y la de la propia
cuchilla. En las cuchillas de acero al carbono empleadas para cortar planchas de acero dulce, dichos
ángulos son: α = 6º ; β = 80º y γ = 4º.
Existen varios tipos de montajes según la orientación de las cuchillas: Cizallas de cuchillas y de
oblicuidad constante. En ambas la fuerza de corte es igual a la sección de corte S por el esfuerzo a
cortadura σt. La sección de corte es menor en el caso de cuchillas de oblicuidad constante por lo
que requiere de máquinas cizalladoras menos potentes para el mismo grosor s y ancho a de chapa.
El esfuerzo a cortadura σt = 0,8 σr. donde σr es la resistencia a la rotura. En las cuchillas de
oblicuidad constante se recomienda un ángulo de inclinación λ = 10º.
a. Paralelas b. oblicuidad constante
En que el esfuerzo de corte es:
F= S.σt = a.s. σt (Cuchillas paralelas)
F = 0,25 s2 σt / tg λ (λ = 10º) (Cuchillas oblícuas)

p36363636 TECNOLOGÍA MECÁNICA
Para el cálculo de la fuerza de corte se muestran los valores del esfuerzo de corte σt.
MATERIALES Res. a la cortadura en Kg/mm
2
σσσσt
Laminado Recocido
Acero lam. 0,1 % C 32 25
Acero lam. 0,2 % C 40 32
Acero lam. 0,3 % C 48 35
Acero lam. inoxidable 60 52
Acero lam. al silicio 56 45
Aluminio 13 - 15 6 - 7
Anticorodal 25 - 29 9 - 10
Alpaca laminada 45 - 46 28 - 36
Bronce 40 - 60 32 - 40
Cinc 20 12
Cobre 25 - 30 18 – 22
Duraluminio 30 - 36 13 – 16
Estaño - 3 – 4
Latón 35 - 40 22 – 30
Plata laminada 23,5 23,5
Plomo - 2 – 3
Las velocidades de corte suelen ser V = 1 a 2 m/min.
Luego la potencia absorbida en corte N = F. V
Cizallado en bobinas Cizallado en formatos
3.2. Doblado
Consiste en doblar las planchas de chapa mediante máquinas dobladoras (a base de rodillos) o pren-
sas con moldes o estampas (macho y hembra) de material duro y resistente como aceros aleados o al
carbono endurecidos. En el esquema se muestra una estampa para doblar.

F!%Módulo 2. Tratamientos térmicos conformado de chapa en frío
1. Punzón
2. Chapa
3. Estampa o matriz
Elegiremos los radios de curvatura siguientes:
Rmín = s (aceros)
Rmín = (0,4 - 0,5).s (Aleaciones ligeras) Donde s es el espesor de la chapa.
Hemos de tener en cuenta que al cesar la fuerza de doblado la chapa puede enderezarse en parte
debido al retorno elástico. Por ello no se puede prever mucha exactitud en la forma final de la pieza.
El esfuerzo necesario para doblar
F
R bs
a
s
=
3
2
2
Donde Rs = Carga unitaria en el lím elástico.
3.3. Aplanado o laminado fino
Este proceso se utiliza para la obtención de chapas finas a partir de chapas procedentes de la si-
derurgia. El aplanado se produce traccionando la chapa mientras se la conduce a través de unos
rodillos de acero endurecido.

3.4. Rebordeado y plegado
Se unen por plegado los bordes de junta de una chapa formando superficies cerradas o perfiladas.
a. Plegado
b y c. Rebordeado
d. Plegado acanalado
3.5. Troquelado
T Troquelado, corte y punzonado
Consiste en agujerear o recortar una banda de chapa por medio de un útil que corta por presión. Si
el trozo recortado de la chapa es la pieza que aprovechamos decimos que hacemos un recorte. Si el
trozo que agujereamos en la chapa es el residuo entonces hacemos un agujero. La operación de
recortar se denomina corte mientras que la de agujerear punzonado. Los diámetros de los agujeros
troquelados son como mínimo 0,8 veces el espesor de la chapa por lo que utilizaremos otros
métodos para agujeros más pequeños.
El útil de troquelado consta de un punzón y de una matriz de acero especial rectificado. Estos
elementos se fijan a una prensa balancín o excéntrica. La matriz se fija a la bancada y el punzón a la
parte móvil de la prensa. Realmente el punzón, o juego de punzones, no va unido directamente a la
prensa. Los punzones se fijan a una placa que se denomina portapunzones y que va unida a la parte
móvil de la prensa por un mango situado en el centro de presiones de los punzones. El material de
las matrices suele ser acero templado F-552, F-551, F-514 (para pequeñas series) según IHA o
aceros moldeados al manganeso (para útiles de grandes dimensiones). La longitud máxima del
punzón se calcula a pandeo.

F!'Módulo 2. Tratamientos térmicos conformado de chapa en frío
Esquema del útil de troquelado
Esquema del troquelado
S Matriz: Útil donde se apoya la chapa. El agujero tiene una parte que es la que corta llamada zona de
vida (A) cuya longitud es de 3 a 4 mm si trabajamos con chapa hasta 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.
S Punzón.
S Prensachapas (Elemento que impide que el punzón arrastre chapa por presión, utilizado en troque-lado
de precisión)
S Chapa.
Es necesario que exista un juego entre la matriz y el punzón que está en función del espesor y el
material de la chapa así como del diámetro nominal del agujero o recorte.

T Fuerza total y potencia de troquelado
El esfuerzo total en troquelado es:
FT = F + Fext
Donde:
F es la fuerza de troquelado
F = p . s . σt . k
p = perímetro recortado
s = espesor de la chapa
σt = resistencia a la cortadura
k = coeficiente de seguridad (1,1)
Fext es la fuerza de extracción de la pieza, ya que la tira de chapa se queda enganchada al punzón
y debemos hacer una fuerza suplementaria al subir el punzón mientras presionamos con
prensachapas o también denominados extractores.
Fext = 2 - 7 % F (Dependiendo del perímetro que haga fuerza contra el punzón.)
Debido a que la chapa se corta antes de que el punzón baje la profundidad correspondiente al
espesor de la chapa, debemos calcular la carrera (activa) en la cual el punzón está cortando
realmente la chapa. La carrera activa del punzón c en función del espesor de la chapa s es:
Materiales tenaces: c = 0,6.s
Materiales duros: c = 0,4.s
Como regla general cogeremos c = 0,5.s
Si escogemos un punzón biselado con una cierta inclinación, entonces c = s (aprox.)
La potencia absorbida es:
N = T.c / t donde t es el tiempo que tarda el punzón
en completar un ciclo.
A veces nos interesa hacer varios troquelados a la vez para no perder la posición el uno con los
otros. Otras veces aprovechamos el descenso y fuerza de la prensa para realizar en diferentes
zonas agujero y recorte. En el caso de cortes sucesivos en que se utilizan varios punzones a la vez
se pueden utilizar matrices progresivas o escalonadas. En las matrices progresivas todos los
punzones cortan al mismo tiempo por lo que la fuerza total es igual a la suma de las fuerzas que
ejercen cada uno de ellos mientras que en la disposición escalonada y debido a su diferencia de
altura, los punzones cortan uno a uno por lo que la fuerza total que se necesita en la prensa es la
fuerza máxima de estos.

FMódulo 2. Tratamientos térmicos conformado de chapa en frío
Matriz progresiva
T Relación entre el punzón y la matriz en caso de agujero y recorte
Debido a que al realizar el troquelado la chapa penetra en la matriz desgastando las aristas si no hay
juego y como necesitamos una gran precisión en la pieza final, debemos dejar la holgura necesaria
entre el punzón y la matriz. Sus dimensiones dependerán de que parte de la pieza recortamos. Si
queremos hacer un agujero, entonces el punzón tendrá las medidas de este y la matriz debe ser
mayor. Si es un recorte, entonces sus dimensiones serán las de la matriz y el punzón será menor. La
holgura entre la matriz y el punzón es el juego. En la siguiente gráfica se presenta la relación entre
punzón y matriz en función del espesor y el material de la chapa.

Gráfico para hallar el juego entre matriz y punzón
T Disposición de las figuras a cortar en la chapa
Debemos disponer las figuras a cortar con el fin de maximizar el aprovechamiento el material y
conseguir un buen rendimiento.
S Bandas y avance de la chapa
Partimos de unas bandas o tiras de chapa donde cortaremos las figuras. En primer lugar avanzamos
la chapa hasta la posición del punzón, cortamos y volvemos a avanzar la chapa dejando un espacio
suficiente entre posición y posición. A este espacio que avanzamos se le denomina paso. El paso p
se define como la distancia entre dos posiciones homólogas de la pieza para dos posiciones
consecutivas, Normalmente suele ser la longitud de la pieza más una separación. Por otro lado la tira
de chapa debe ser más ancha que la pieza. Esta anchura es el ancho de la banda a . Exactamente,
el ancho de la pieza más una cierta separación a cada lado. La separación está en función del
espesor y nunca debe ser inferior a 1 mm. Generalmente si la separación es entre un lado de la
pieza y el fin de la tira o un lado paralelo de la otra pieza está separación S = 2 . s donde s es el
espesor de la chapa. Si la separación es entre una esquina o un lado curvo y el fin de la tira u otro
lado de la otra pieza entonces S = s .

p43434343Módulo 2. Tratamientos térmicos conformado de chapa en frío
Métodos para marcar el paso
Existen básicamente dos mecanismos para marcar el paso de la tira de chapa. Mediante un punzón
auxiliar o mediante un mecanismo de balancín. Con el primer método realizamos una muesca en la
banda con la longitud del paso. En el siguiente movimiento la chapa avanzará hasta un tope y por lo
tanto el paso. El problema de este sistema es que disminuimos el rendimiento de material, pero es más
preciso y muy utilizado. En el segundo sistema aprovechamos un agujero de la pieza o un agujero
pequeño realizado mediante un punzón y un dispositivo tipo gatillo. El gatillo o balancín detiene la
chapa tras avanzar el paso ya que choca con la pared del agujero y se bloquea. Para un nuevo avance
desbloqueamos para dejar pasar la chapa, avanzamos y volvemos a bloquear para parar la chapa.
Paso mediante punzón auxiliar Paso con mecanismo de balancín

S Rendimiento de material
El rendimiento es la relación entre la chapa gastada y el número de piezas realizadas. Lo calculamos
para un sólo paso ya que será igual en toda la banda.
η(%) =( Spieza
/ Sutilizada
) . 100
Donde:
Spieza
es la superficie de la pieza
Sutilizada
= p . a donde p es el paso y a es el ancho de la banda
Para que el rendimiento aumente, es decir que la cantidad de chapa residual disminuya podemos
disponer las figuras en la chapa según diferentes disposiciones según la forma o utilizando diferen-
tes punzones dependiendo de la importancia de la serie.
T Disposiciones según la forma
S Disposición normal
Cuando las piezas se pueden inscribir en un rectángulo, esta es la mejor organización de las figuras.
Consiste en colocarlas unas tras otras sin girarlas.
S Disposición oblicua
Cuando las piezas pueden inscribirse en un triángulo rectángulo, la mejor organización es una confi-
guración oblicua, es decir, las piezas giradas. Si la pieza queda inscrita en un triángulo rectángulo de ca-
tetos iguales entonces se gira la pieza 45º.

F#Módulo 2. Tratamientos térmicos conformado de chapa en frío
S Disposición invertida
Consiste en realizar una serie de piezas en posición normal en un sentido y después realizar el corte
en sentido opuesto. Sólo se utiliza un punzón por operación.
T Disposiciones según la importancia de la serie.
S Disposición simple
Cuando las series son pequeñas no compensa duplicar o multiplicar el número de útiles. Por lo tanto
se utilizará un sólo punzón por operación.
S Disposición múltiple
Para series medianas y grandes y para mejorar el aprovechamiento del material se construye un útil
de punzonado capaz de cortar varias piezas a la vez. Por ello se habla en estos casos de juegos de
punzones. En el esquema una disposición de tres punzones al tresbolillo.

T Posición del mango. Centro de presiones
Conocida la disposición de los punzones en el portapunzones debemos situar el mango en el centro
de presiones para evitar que existan momentos de flexión que produzcan la deformación del
conjunto o aparezcan fuerzas innecesarias. Escogemos un punto del punzón y a continuación
calculamos los momentos respecto de este. La suma de momentos de cada una de las fuerzas debe
ser igual a la fuerza resultante por la distancia a ese punto. Esta distancia situará el centro de
presiones.
Momentos respecto de A
F es la fuerza de troquelado
F = p . s . σt . k
p = perímetro recortado
s = espesor de la chapa
σt = resistencia a la cortadura
k = coeficiente de seguridad (1,1) © los autores, 2000; © Edicions UPC, 2000.

F%Módulo 2. Tratamientos térmicos conformado de chapa en frío
Calculamos el centro de presiones en x:
En x: MAx = Ft . xt = F1 .x1 + F2 .x2+ F3 .x3+ F4 .x4+ F5 .x5+ F6 .x6 + F7 .x7
xt = (F1 .x1 + F2 .x2+ F3 .x3+ F4 .x4+ F5 .x5+ F6 .x6 + F7 .x7) / Ft
xt = s. σt . k (l1 .x1 + l2 .x2+ l3 .x3+ l4 .x4+ l5 .x5+ l6 .x6 + l7 .x7) / s. σt . k . p
xt = (l1 .x1 + l2 .x2+ l3 .x3+ l4 .x4+ l5 .x5+ l6 .x6 + l7 .x7) / p
Calculamos el centro de presiones en y:
En x: MAy = Ft . yt = F1 .y1 + F2 .y2+ F3 .y3+ F4 .y4+ F5 .y5+ F6 .y6 + F7 .y7
yt = (F1 .y1 + F2 .y2+ F3 .y3+ F4 .y4+ F5 .y5+ F6 .y6 + F7 .y7) / Ft
yt = s. σt . k (l1 .y1 + l2 .y2+ l3 .y3+ l4 .y4+ l5 .y5+ l6 .y6 + l7 .y7) / s. σt . k . p
yt = (l1 .y1 + l2 .y2+ l3 .y3+ l4 .y4+ l5 .y5+ l6 .y6 + l7 .y7) / p
Donde l son los perímetros de corte de los diferentes tramos y (x,y) son las coordenadas respecto al
punto A. Para conocer donde está situado el centro de gravedad de cada uno de los tramos nos
podemos ayudar con esta tabla:
Centro de gravedad o de presiones para diferentes formas de útiles de corte.
T Costes del troquelado
El troquelado es muchas veces el método más económico, pero el principal problema es la
amortización del útil de corte, la maquinaria y que existe un material de desperdicio. Es por ello que
muchas veces sólo es rentable para grandes series. Con los métodos modernos de software de
aprovechamiento de chapa, hoy en dia pueden troquelarse series más pequeñas de forma rentable.
Los costes se pueden calcular: © los autores, 2000; © Edicions UPC, 2000.

Ct = Cmat + Cútil + Cmáq
Donde
Cmat = Costes de las chapas (incluido el residuo)
Cútil = Costes de amortización de los útiles
Cmáq = Costes de la maquinaria y mano de obra
S Ejemplo 1
Se ha de fabricar, por troquelado la pieza indicada en el croquis adjunto. El material de la chapa es acero
inoxidable recocido de 2 mm de grosor. El paso se asegura mediante un mecanismo de balancín.
Se solicita:
S a) Suponiendo que el recorte del agujero es desperdicio, calcular el rendimiento de material para
una posición normal JJJ y para la posición de máximo rendimiento utilizando el diseño más
compacto de la placa matriz para dos punzones. Hacer el croquis con las medidas del ancho de
la banda y del paso para ambas posiciones.
Para el caso de posición de los punzones normal JJJ:
S b) Represente esquemática y gráficamente como estarían dispuestos los dos punzones
indicando el avance de la chapa y las medidas reales de los punzones.
S c) Calcular la fuerza de corte necesaria si la matriz es progresiva y la posición del centro de
presiones para este caso respecto al punto A de la banda de chapa (más cercano a la primera
posición de troquelado).

F'Módulo 2. Tratamientos térmicos conformado de chapa en frío
Resolución
El problema se realiza en todos los apartados para un solo juego de punzones que son dos
punzones, uno para realizar el agujero y otro para el recorte.
S Croquis de la diferentes posiciones
Posición normal (JJJ)

F# TECNOLOGÍA MECÁNICA
Posición de máximo rendimiento
Rendimiento de material
100*
Su
Sp
Æ =
S pieza = 40*75 + 30*5 + 40*20 + 80*20 - π*10^
2
/2 = 5392,74 mm
2
1. caso a. Posición normal (JJJ)
η = 5392,74/11232 = 48%
2. caso b. Posición máx rendimiento
η = 5392,74/9043,9 = 59%
Queda claro que en la segunda posición aprovechamos mejor la chapa para un solo juego de
punzones.
S Disposición y medidas de los punzones
El juego para el caso de acero inoxidable y espesor de chapa de 2 mm.

F#Módulo 2. Tratamientos térmicos conformado de chapa en frío
S Fuerzas de corte y centro de presiones
Fuerzas de corte (sin coeficiente de seguridad).
Fc = σt
* per * e
σt
= 52 Kg / mm2
(acero inoxidable recocido)
e = 2 mm
per = 100 + 100 + 40 +20 + 20 + 50 + 10 + 80 + 40 + 20 + π*10 = 511,4 mm
Fc = 520 * 2 * 511,4 = 531,856 kN
Centro de presiones
En x:

Σ l*s = 77161,07
per = 511,4
cdpx = 77161,07 / 511,4 = 150,88 mm
En y:
Σ l*s = 20478,2
per = 511,4
cdpy = 20478,2 / 511,4 = 40,04 mm
El alumno puede practicar realizando el mismo ejercicio para dos juegos de punzones.
S Ejemplo 2
Se quiere obtener por troquelado la pieza de chapa de acero al carbono suave C.25.K, recocido del
croquis 40x40x10 mm. y 2 mm. de grosor, con una matriz de un solo punzón que recorta la figura. El
útil dispone del sistema de posicionado y centrado de balancín.
Se pide:
S 1. Considerando los márgenes adecuados por tener una salida continua y ligada del recorte,
determine y dibuje la posición relativa del punzón y la tira de material que comporte mayor
rendimiento (%) del material empleado, que se ha de calcular. Compare este rendimiento con el
de la posición Normal : LLLLL....
S 2. Determine la fuerza de corte necesaria y la fuerza de la prensa suponiendo que la matriz tiene
un prensachapas.
S 3. Determine (croquis) las medidas de la planta del punzó y de la placa matriz, considerando el
juego adecuado.
S 4. Determine la posición del c.d.p. (centro de presiones), respecto al extremo de la pieza.
S 5. Determine - dibujando el croquis - el rendimiento del material para una hipotética disposición
capiculada (dos punzones), para realizar una serie de piezas importante.© los autores, 2000; © Edicions UPC, 2000.

F#!Módulo 2. Tratamientos térmicos conformado de chapa en frío
S 6. Determine gráficamente el nuevo c.d.p. (Cotas sobre el croquis anterior).
S 7. Determine a partir de que serie de piezas mínima es rentable la construcción de una matriz de
dos punzones respecto a una simple LLL sabiendo que:
El coste de la matriz simple (1): 500.000,-pts. , incluidos gastos de mantenimento.
Duración o vida de la matriz: indefinida, al menos 2.000.000 de piezas.
Coste horario de la prensa necesaria: 3900 pts/h.
El coste de la matriz doble (2): 750.000,-Pts. incluidos gastos de mantenimento.
Duración o vida de la matriz: indefinida, al menos 2.000.000 de golpes (4.000.000 de piezas)
Coste horario de la prensa necesaria (doble fuerza que la 1): 4500 pts/h.
Tiempos de ciclo:1 seg para ambas matrices. Precio del coste del material:150 pts/kg. δM
=7,8 gr/cm3
.
CROQUIS DE LA PIEZA (mm)
Resolución
1. Posición normal “LLLL”
Cálculo del ancho de la banda y separaciones

S Ancho de banda:
a = L+2* s L: Longitud vertical de la pieza.
s: Separación entre contorno de piezas y borde de la plancha.
a = 40 + 2* 4 = 48 mm s = s1
= s2
= 2 * e = 2*2 = 4 mm
S Paso - Distancia entre troquelados sucesivos:
p = 40 + 4 = 44 mm
S Rendimiento de material:
100*
Su
Sp
Æ = Sp : área de la pieza = l * h = 40 * 10 + 30 * 10 = 700 mm2
Su: área a utilizar = p * a = 44 *48 = 2112 mm2
100*
2112
700
Æ = = 33 %

F##Módulo 2. Tratamientos térmicos conformado de chapa en frío
Posición oblicua
S Ancho de banda
S1= 2 * e = 4 mm
S2= 1 * e = 2 mm
222
40•24040=L mm=+ (Hipotenusa = 2 * Cateto)
a = + =40 2 2 2 6057· · . mm
S Paso (Distancia entre troquelados sucesivos)
p S= +2 10 1·( ) 8.1914•2p == mm
S Rendimiento
η =
S
S
p
u
·100 donde: Sp Área de la pieza = l * h
Su Área a utilizar = p * a
Sp = 40·10+30·10=700 mm2
Su =1199 mm2
%58100•
1199
700
==η El rendimiento es mejor en esta posición.

F#$ TECNOLOGÍA MECÁNICA
2. Si la matriz tiene prensachapas, en el momento del corte, cuando el punzón se retira la chapa
tiende a ir en el sentido de este, por lo tanto el prensachapas ejerce una fuerza contraria. Para a
evitarlo, la Fc se incrementa un 20%.
En la tabla interpolando el acero 0.25% y recocido encontramos la resistencia σC.
σ c
F
A
= donde: A es el área recortada
σ c Kp mm=
+
=
32 35
2
335 2
. / Ya que en tablas para acero 0,20%, σC = 32 Kg/ mm2
y para acero 0,30 %, σC = 35 Kg/ mm2
Ft = P ·e· σC donde: P perímetro P = 40+40+10+10+30+30 = 160 mm
Ft= 160·2·33.5 = 10720 Kp = 107 KN
FPR= Ft + Fprensachapas = 1,2 Ft
Fuerza de la Prensa FPR= 10720 · 1.20 = 12864 Kp = 13 Tn = 130 KN
3. Para hallar la medida del punzón y la matriz debemos consultar el gráfico que relaciona el juego
entre el punzón y la matriz, según el tipo de acero y el espesor de la chapa.
Juego = 0,12 mm (este juego es el valor total es decir (D – d ) )
Debido a que realizamos un recorte la matriz tendrá las dimensiones de la pieza y el punzón será
menor.
Croquis y medidas del punzón y la placa matriz
4. Centro de presiones: Lugar a colocar el mango de la placa porta punzón.
El eje del mango ha de coincidir con la posición de la resultante de los diversos esfuerzos de
corte.

F#%Módulo 2. Tratamientos térmicos conformado de chapa en frío
En x:
x = (40*0 + 10*5+30*10+40*20+30*25+10*40)/160
cdpx = 2300 / 160 = 14,38 mm
En y:
y = ( 40*20 + 10*40 + 30*25 + 40*0 + 30*10 + 10*5)/160
cdpy = 2300 / 160 = 14,38 mm
5. Posición “Capiculada” utilizando dos punzones.
p = L + s1 = 40+ 4 = 44 mm S1 = 2 * e = 4 mm
a = L1 + L2 + s1 + 2 *s2 = 40 +10 + 12 = 62 mm S2 = 2 * e = 4 mm
Su = a * p = 2728 mm2 Sp= 2 * 700 = 1400 mm2 (Dos Punzones por lo tanto Dos piezas)
51100•
2728
1400
==η %
Menor rendimiento que en la posición oblícua, no siempre los punzones capiculados ofrecen el
mayor rendimiento, depende de la geometría de la pieza.
p
s1
s2
a
55
A) Punzones con condiciones de corte poco óptimas B) Punzones separados la máxima distancia
L1
L2

6. C d g para dos punzones
Coordenadas respecto del punto C del cdg
cdg x = 50 mm
cdg y = -27 mm
7. Número de piezas mínimo.
Esquema matriz 1. (paso p= 44mm./,ancho de banda a= 48mm.)
Material necesario por pieza: p*a*s*δM = 4,4*4,8*0,2*7,8 = 32,94gr.
Coste CM = 0,03294 * 150 = 4,94 pts/p.
Coste CM = 4,94 * n
Costes proceso CPR = n * 1seg/pieza * 1h/3600seg * 3900 = 1,083 * n
Costes de amortización de la matriz CAM = 500000 pts
CT.1 = CPR + CAM + CM= 1,083 n + 500000 + 4,94 n = 500000 + 6,023 n
Esquema matriz 2. (paso p= 44mm./,ancho de banda a= 62mm.)
Material necesario por 2 piezas: p*a*s*δM = 4,4*6,2*0,2*7,8 = 42,55gr.
Coste CM = 0,04255 * 150 = 6,38 pts/ 2 piezas = 3,19 pts/p.
Coste CM = 3,19 * n
Costes proceso CPR = n * 1seg/2 piezas * 1h/3600seg * 4500 = 0,625 * n
Costes de amortización de la matriz CAM = 750000 pts
CT.1 = CPR + CAM + CM= 0,625 n + 750000 + 3,19 n = 750000 + 3,815 n
Condición del problema CT2≤ CT1
750000 + 3,815 n ≤ 500000 + 6,023 n
Nº de piezas mínimo = 113225 piezas
3.6 Embutición
T Útiles de embutición
Operación mediante la cual se transforma una lámina plana en una pieza cóncava. Para ello se
emplean prensas equipadas con moldes o estampas (punzón y matriz). Estos útiles son de aceros
templados y rectificados F-552 (según IHA), aceros moldeados a manganeso o bronces al aluminio.
En la embutición se deben evitar cantos vivos que cortarían la chapa en lugar de embutirla. En teoría
no se debe alterar el espesor de la chapa en ningún punto.

F#'Módulo 2. Tratamientos térmicos conformado de chapa en frío
Hemos de intentar para ello que el material sea lo más dúctil y maleable posible, por ello se procede en
algunos casos a recocidos previos y calentamientos finales para eliminar las tensiones internas. El útil
de embutición consta de los siguientes elementos:
1. Punzón 2. Prensachapas 3. Chapa 4. Matriz 5. Extractor
T En embutición debe existir un juego entre el punzón y la matriz
Una aproximación que podría realizarse sería:
Para chapas de acero D = d + 2,45 s
Para chapas de aleaciones ligeras D = d + 2,25 s
El mínimo juego sería de D = d + 2 s .
Normalmente el valor del juego se deduce empíricamente.
Un ejemplo de juego sería el de la embutición para acero dulce deducida empíricamente.
Espesor de la chapa (mm) Juego (D – d) (mm)
0,5 a 1,25 0,1
1,25 a 2,25 0,2
2,25 a 3,25 0,3
3,25 a 4,25 0,4
4,25 a 5,25 0,45
5,25 a 6,5 0,5
6,5 a 7,5 0,6
7,5 a 8,5 0,65
8,5 a 9,5 0,75
9,5 a 10,5 0,8

T En embutición debe evitarse el corte de la chapa
S Todas las superficies de contacto deben ser redondeadas. El radio de la matriz estará entre los
límites 0r (D-d)/2. El radio del punzón será 3rR5r. Se deducirá empíricamente.
S El rozamiento debe ser mínimo por lo que las superficies deben estar muy bien pulidas y lubricadas
con aceites, polvo de jabón...
S En embuticiones profundas se requieren varias etapas o embuticiones previas y por lo tanto también
varios punzones y matrices.
T Diámetro del disco a embutir
Para realizar la pieza embutida debemos partir de un recorte. Normalmente se parte de un disco de
chapa. En teoría se puede considerar el disco de chapa inicial de igual superficie a la de la pieza
final resultante. En las siguientes tablas se muestran como hallar los diámetros primitivos de algunas
formas.

F$Módulo 2. Tratamientos térmicos conformado de chapa en frío
T Esfuerzo necesario para la embutición
Normalmente la embutición suele hacerse en varias etapas para evitar el corte de la chapa. Para
saber el número de etapas necesarias recurrimos a la siguiente tabla:
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
Acero inoxidable 0,60 0,80
Cinc 0,75 0,90
Partimos del diámetro del disco inicial Di y avanzamos hasta diámetro final de la pieza Df.
D1 es el primer diámetro al cual se puede llegar.
D1 = Di . K1
D2 = D1. K2
D3 = D2. K2 ..... hasta llegar a un valor inferior a Df.© los autores, 2000; © Edicions UPC, 2000.

A partir de los diámetros anteriores e igualando áreas se obtienen las diferentes alturas para la
diferentes embuticiones.
La fuerza máxima para no agujerear la pieza es:
Fe = Perímetro . espesorchapa . σc . m
Y σc es la resistencia a la cortadura:
MATERIALES Res. a la rotura en Kg/mm
2
σr
Res. a la cortadura en Kg/mm
2
σc
Laminado Recocido Laminado Recocido
Acero lam. 0,1 % C 40 31 32 25
Acero lam. 0,2 % C 50 40 40 32
Acero lam. 0,3 % C 60 44 48 35
Acero lam. inoxidable 75 65 60 52
Acero lam. al silicio 70 56 56 45
Aluminio 16 - 18 7,5 - 9 13 - 15 6 - 7
Anticorodal 32 - 36 11 - 13 25 - 29 9 - 10
Alpaca laminada 56 - 58 35 - 45 45 - 46 28 - 36
Bronce 50 - 75 40 - 50 40 - 60 32 - 40
Cinc 25 15 20 12
Cobre 31 - 37 22 - 27 25 - 30 18 - 22
Duraluminio 38 - 45 16 - 20 30 - 36 13 - 16
Estaño - 4 - 5 - 3 - 4
Latón 44 - 50 28 - 37 35 - 40 22 - 30
Plata laminada 29 29 23,5 23,5
Plomo - 2,5 - 4 - 2 - 3
σc = 0,8 σr
Donde m es 1 en todas las embuticiones excepto en la última embutición donde (d/D=Kn) = (m=1) y
(d/D = 1) = (m=0) y d/Dn sigue una progresión lineal. Por lo que hallaremos el valor de m por
interpolación lineal.
Como ejemplo para el caso de una embutición de acero K1=0,56:
Valores de m d/D m
0,56 1
0,60 0,86
0,70 0,72
0,75 0,60
0,80 0,50
1 0
Sería cuestión de calcular d/D en la etapa final (imaginemos que fuera 0,7) y obtendríamos m (sería
para d/D = 0,7 el valor m=0,72).
Luego sumamos las fuerzas de embutición de todas las etapas.
El trabajo de embutición será la suma de todos trabajos.
Wemb = Femb . h Donde h = alturas parciales de las diferentes etapas.
En la pieza final se observa © los autores, 2000; © Edicions UPC, 2000.

F$!Módulo 2. Tratamientos térmicos conformado de chapa en frío
Al principio más fuerza por deformación y después más fuerza por rozamiento.
S Ejemplo
Calcular el número de embuticiones necesarias para embutir una pieza como la del croquis a partir
de un disco de φ 62 mm.
Calcular también la fuerza necesaria en cada una y el trabajo si la velocidad de producción es de 1
embutición por segundo.
Resultats
S Número de embuticiones
Si es necesaria una sola embutición → K1 = 0,56
d
------ = 0,56
D
como d (diámetro final de la pieza) = 22 mm y D (diámetro inicial del disco) = 62 mm
d = 22
__________
= 0,35 0,56 se necesita más de una embutición
D = 62

S 1ª embutición
62 · K1 = 62 · 0,56 = 34,72 mm → d1 = 34,72 mm (Diámetro final en
primera embutición)
Se halla h1
:
π π
____
· 62 2
= ____
· 34,72 2
+ π · 34,72 · h1
4 4
h1
= 19 mm (Altura en primera embutición)
S 2ª embutición
34,72 · K1
= 34,72 · 0,75 = 26,04 mm → d2
= 26,04 mm
Se halla h2
:
π π
____
· 62 2
= ____
· 26,04 2
+ π · 26,04 · h2
4 4
h2
= 30,4 mm

F$#Módulo 2. Tratamientos térmicos conformado de chapa en frío
S 3ª embutición (final)
26,04 · K1
= 26,04 · 0,75 = 19,53 mm → d3
= 19,53 mm 22 mm (diámetro
final)
Se halla h3
para d3
= 22 mm:
π π
____
· 62 2
= ____
· 22 2
+ π · 22 · h3
4 4
h3
= 38,2 mm
Son necesarias tres embuticiones.
Fuerza necesaria
Donde el perímetro de embutición es: per = π . D (circunferencia)
S 1ª embutición_ (m = 1) σc (acero 0,1 % C, recocido) = 25 Kg/mm2
e =1,5 mm
Fe1
= 34,72 · π · 1,5 · 25 · 1 = 4090 kg → 40900 N
We1
= 40900 · h1
= 40900 · 0,019 = 777 W (si 1 embutición/seg)
S 2ª embutición_ (m = 1)
Fe2 = 26,04 · π · 1,5 · 25 · 1 = 3067 kg → 30670 N
We2 = 30670 · h2 = 30670 · (0,0304 – 0,019) = 350 W (si 1 embutición/seg)
Fe = per · e · σc · m

F$$ TECNOLOGÍA MECÁNICA
S 3ª embutición_ (m = ?)
1 – 0,75 1 – 0,84
___________ = ___________ → x = 0,64 → m = 0,64
1 – 0 x - 0
Fe3 = 22 · π · 1,5 · 25 · 0,64 = 1658 kg → 16580 N
We3 = 16580 · (0,0382 – 0,0304) = 129 W (si 1 embutición/segundo)
Si sólo utilizásemos una prensa, la potencia necesaria en la prensa será la máxima de las
calculadas.
3.7. Entallado
Es un embutido al torno. Se utiliza para la embutición de pequeñas series a bajo costo. Se realiza la
deformación de un disco de chapa sobre un molde giratorio aplicando una presión localizada mediante
una herramienta.
d/D = 0,75 → m = 1
· ·
· ·
22/26,04 = 0,84 → x
· ·
· ·
1 → 0

F$%Módulo 2. Tratamientos térmicos conformado de chapa en frío
3.8. Otros procesos de deformación y corte
T Deformación
S Estampado por impacto
Se utiliza para embuticiones poco profundas de piezas grandes. En vez de prensar se impacta con la
estampa sobre la chapa por lo que la prensa puede ser menos potente que la que se necesitaría
para embutir prensando.
S Conformación por explosión
Se deforma una chapa contra una matriz por la presión producida por una carga explosiva como la
amonita en un líquido. Se utiliza para pequeñas series.
S Magnetohechurado
Es un proceso similar al anterior pero en vez de carga explosiva utilizamos impulsos electromagnéticos.
S Conformado electrohidráulico
Una descarga eléctrica empuja a la chapa contra la matriz mediante un medio fluido.
S Estampación con matriz flexible e hidroconformado
La estampación en matriz flexible es un proceso de conformación de chapas metálicas en las que
hay una sola matriz rígida y una membrana flexible bajo la acción de un líquido a presión. Al empujar
con una fuerza uniforme la membrana flexible, esta, 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 la pieza. Con
este método se consiguen tolerancias estrechas y bajos costes para series menores a 10000 piezas.
Para series más largas en que se requiera un punzón se utiliza el hidroconformado. En este sistema
no hay membrana y la presión hidrostática se aplica sobre la misma chapa.

T Procesos de corte
S Oxicorte
Aplicable en metales oxidables.
Consiste en calentar el metal con un soplete oxiacetilénico y una vez caliente a 1000°C
dirigir un chorro de oxígeno sobre la línea de corte. Las chapas pueden ser de hasta
150 mm.
S Corte con plasma
Aplicable en metales conductores.
Cortamos una chapa de hasta 150 mm calentando un gas mediante un arco eléctrico hasta su
ionización. A partir de ese momento los gases se dirigen a gran velocidad contra el material que se
funde.
S Corte con láser
Consiste en transformar la electricidad en un haz de luz de alta coherencia que funde y vaporiza el
material. Podemos cortar chapa de hasta 20 mm.
S Corte con chorro de agua a presión
Consiste en impulsar agua con abrasivos a una presión de 4000 bar y a través de un orificio de entre
0,1 y 0,5 mm de diámetro contra la chapa de espesores elevados para cortarla.
4. EVOLUCIÓN TECNOLÓGICA EN EL CONFORMADO DE CHAPA
En las últimas décadas se ha evolucionado hacia sistemas “justo a tiempo” más completos y flexibles
en que se intenta que sean económicas incluso las series más cortas. Se intenta integrar todos los
trabajos: cizallado, troquelado, doblado, soldado... de chapa en un sistema único utilizando técnicas
flexibles y flujos de información y materiales automáticos. El operario ya no se dedica al transporte
de la chapa sino que prepara la máquina mientras sistemas de transporte como alimentadores,
pinzas neumáticas, cintas, palets o mordazas de ventosa transportan y posicionan la chapa.

F$'Módulo 2. Tratamientos térmicos conformado de chapa en frío
El primer paso es el diseño de la pieza mediante sistemas CAD/CAM. Debemos optimizar el diseño
de la pieza para su posterior implantación en la línea de producción. Debemos repartir las piezas
realizadas para mejorar el rendimiento de material y disminuir el desperdicio mediante programas
especiales. Una serie de piezas para diferentes aplicaciones pero de iguales características podrían
trabajarse con los mismos punzones en una flexiprensa o utilizando una única punzonadora de
torreta, por lo que es rentable unificar las formas. En los programas CAD/CAM se nos permite
fácilmente elaborar el útil a partir de las piezas a trabajar, programar las máquinas de CN de
mecanizado por fresadora, electroerosión, taladrado ... e incluso la fabricación de prototipos o de
herramientas-rápidas mediante técnicas STL.
Los materiales también se han mejorado siendo más dúctiles, de mejores propiedades mecánicas,
algunos poseen recubrimientos fosfatados permitiendo mayores profundidades de embutición y
menores rotura de chapa, algunos proceden de las siderurgias con zonas diferentes espesores ...
Mejoras de vida de los útiles mediante mejores lubricantes.
Los nuevos sistemas de producción son más flexibles ya que permiten el cambio automático de
troquel en función de los diferentes lotes de series de piezas que se deseen obtener.
Nuevos métodos existentes para realizar de forma rentable series de piezas más pequeñas o series
de piezas mayores con mayor precisión y acabado.

F% TECNOLOGÍA MECÁNICA
BIBLIOGRAFÍA
S P. Molera Solà, La deformación metálica. Ed GPE 1996.
S Neely, Materiales y procesos de manufactura. Ed. Limusa Noriega editores 1992.
S Lasheras, J.M., Tecnología Mecánica y Metrotecnia. Ed Donostiarra 1987.
S P.M.Hernández Castellano y M.D.Monzón Verona, Conformación de la chapa. Ed. Universidad de
Gran Canaria. 1998.
S J. Blanco A., Profundos conocimientos de matricería. Ed. Cedel 1977.
S J. Beddoes y M.J.Bibby, Principles of metal manufacturing proceses, Ed Arnold 1999.
S Tecnología 2.1 Matricería y moldes. Ed. Bruño – edebé 1978.
Otros:
S Revista Deformación metálica Ed. Elsevier.

F%Módulo 3. Moldeo de piezas metálicas
Módulo 3. Moldeo de piezas
metálicas

F%!Módulo 3. Moldeo de piezas metálicas
FUNDICION Y MOLDEO
1. INTRODUCCIÓN AL MOLDEO
El proceso de fundición o moldeo metálico consiste en fundir un metal e introducirlo, ya sea por
gravedad o mediante presión, en una cavidad con la forma del objeto a fabricar de tal manera que al
solidificarse el metal obtengamos el objeto deseado.
Dicho proceso de denomina moldeo ya que los útiles que contienen la cavidad donde vertemos el
metal se les llama moldes.
El principio básico en que se basa este proceso puede parecer a priori simple: Fundimos un metal,
llenamos un molde y lo dejamos enfriar para obtener el objeto. Pero existen una serie de factores y
de parámetros que debemos tener en cuenta para obtener unas piezas sanas, con las dimensiones
deseadas y con procesos económicamente viables.
En el dibujo se muestra con un ejemplo particular como se moldea una pieza. Se vierte el metal
fundido por el bebedero, en este caso por gravedad, hasta la cavidad del molde mediante los
canales de alimentación. El molde en este caso consta de dos bloques para que sea más fácil el
moldeo (realizar la cavidad) aunque como puede intuirse este molde deberá destruirse para obtener
el sólido resultante después de la colada (existen moldes en que esto no es necesario.) Si se desea
realizar un agujero o hueco en la pieza debe utilizarse un elemento sólido, noyo, que no permita que
el metal llegue a esa zona. A veces, dependiendo del material y del tipo de moldeo, se añaden a los
canales de alimentación un depósito denominado mazarota que se llena en la colada con el metal
fundente y que va aportando material a las cavidades de la pieza conforme estas se van enfriando
evitando así rechupes y poros internos en la pieza.
Muchas veces se utiliza el propio bebedero como depósito El sólido obtenido consta en este caso de
dos piezas y de los canales de alimentación que deben separarse de estas, es lo que se denomina
desbaste.

Los talleres especializados donde se funden los metales, se desarrollan los procesos de moldeo y se
realiza el desbarbado o limpieza de la pieza, se les conoce como fundiciones. Estas fundiciones
podríamos catalogarlas en dos grupos diferenciados: las de metales férreos y metales no férreos y
ambas acostumbran a trabajar para terceros. Aún así es común encontrar ciertas fábricas donde
también se realizan procesos de colada. En una fundición se obtienen normalmente lingotes o
formas. Dichos lingotes de acero o metales dúctiles se transforman en piezas en otros talleres como
son los de forja o laminado.
Nos centraremos en el moldeo de formas, piezas en bruto, por diferentes procedimientos, proponiendo
un método de elección en función del tamaño, material, precisión, forma y volumen de producción de
las piezas. Estas piezas en bruto obtenidas mediante moldeo deben “acabarse” en talleres de
mecanizado y tratamientos térmicos o superficiales. Es obvio que las superficies que deban estar en
contacto con otras piezas o agujeros pequeños… deben mecanizarse para obtener las piezas finales.
Así mismo algunas piezas se suelen recocer para eliminar tensiones internas, zincar … etc.
Mazarota
Bebedero
Canal de
alimentación
Pieza
Piezas de aluminio obtenidas por
fundición con molde de arena .
1.1. Elección del método de moldeo LAHIKI otros procedimientos para la
realización de una pieza
La principal ventaja del método de moldeo es que la pieza adquiere directamente su forma definitiva
y sólo debemos realizar tras el desbarbado, pequeños “retoques” para terminar la pieza. Muchas
piezas constituyen incluso por sí mismas productos de consumo como piezas de instalaciones
hidráulicas, calefacción, sanitarios, mobiliario urbano…
Es por ello que la técnica de moldeo es más económica para piezas de geometría compleja tanto
externas como internas, permitiendo además la libertad de diseño, respetando siempre las
restricciones propias del proceso. Un ejemplo claro es el pensar como fabricaríamos un bloque de un
motor o las canalizaciones interiores de una grifería mediante otro método. Otra ventaja es que se

F%#Módulo 3. Moldeo de piezas metálicas
pueden fabricar desde piezas muy pequeñas de algunos gramos a piezas muy grandes de más de
100 Tn. Esta industria además, como ya explicaremos, dispone de técnicas muy variadas que
permiten la adaptabilidad, flexibilidad y la producción en masa de grandes series con la minimización
de despilfarro de material. Incluso en algunas técnicas para aleaciones ligeras como en el moldeo a
presión y a la cera perdida no es necesario el mecanizado posterior. Y quizás una característica que
le hace adquirir mayor importancia es que cualquier material que pueda fundirse es moldeable y eso
incluye a todos los materiales técnicamente importantes (incluidos materiales no metálicos tan
importantes como los polímeros). Recordar que en general las piezas obtenidas por fundición son
menos costosas que las forjadas, estampadas o soldadas.
Existen, ciertamente, una serie de limitaciones respecto a las piezas obtenidas mediante procesos
de moldeo como su porosidad, el no poder absorber grandes esfuerzos (como lo harían las piezas de
forja), baja precisión dimensional, peor acabado superficial además de los problemas que comportan
dichos procesos como riesgos de seguridad para trabajadores y repercusiones medio ambientales.
Por otro lado debemos tener en cuenta los costes, los moldes de inyección deben tener acabados
superficiales excelentes y deben resistir la corrosión por lo que se incrementa el coste para pequeñas
series.
Algunas piezas obtenidas por fundición metálica:
S Bloques, estátors, pistones, poleas, camisas de cilindro, cajas de cambios, cabezas de motores,
carcasas, volantes, culatas, carros portaherramientas, montantes, cojinetes, y bancadas de má-
quinas…
S Productos domésticos y de edificación: Elementos sanitarios, griferías, radiadores…
S Instalaciones hidráulicas: Tubos, ruedas, álabes en grandes series, bastidores de bombas, algunos
engranajes y levas …
S Farolas, campanas, estatuas, tapas de alcantarillas…
S Joyería, prótesis dentales …
1.2. Fundición competitiva
A partir de los años noventa debido a la exigencia, competitividad y a la globalización del mercado,
que supone para la industria del moldeo elevar la productividad y calidad de sus productos así como
la flexibilización de la producción, aparecen una serie de mejoras y cambios radicales en las técnicas
de fabricación.
Las grandes industrias como la de automoción se convierten en cadenas de montaje subcontratando a
proveedoras como las fundiciones a quienes añaden a su “cadena de valor”. Se les exige el rediseño
de sus productos, reducción de tiempos de entrega, reducción de costes, pruebas y certificación de los
utillajes, fabricación de pre-series, variedad de productos, mejora y verificación de la calidad … etc.
Esto hace que a su vez que muchos de estos talleres dejen en manos de terceros, moldistas, el diseño
y la calidad de los moldes y se dediquen únicamente a la fabricación de piezas.
Los fundidores exigen a los moldistas:
S Reducción de costes y tiempos de fabricación.
S Precisión y calidad dimensional.
S Moldes que permitan la producción de series cortas de prototipos para rápidos tests y evaluaciones.
S Facilidad de cambios y mejoras en el diseño.
S Esto exige que los moldistas apliquen:
S Técnicas computerizadas lo que aporta la flexibilización del diseño, de la fabricación y la reducción de
tolerancias (CAD-CAM).
S Técnicas de simulación del proceso (CAE) como del vaciado del molde y de la solidificación.

F%$ TECNOLOGÍA MECÁNICA
S Confección rápida de prototipos, ahorro de tiempo de construcción de modelos, moldes e útiles
(Rapid prototyping o Rapid tooling).
S Nuevas técnicas de fabricación como la mecanización a alta velocidad y el pulido automático.
S Formación de sus trabajadores.
Las fundiciones aplican en sus empresas:
S Automatización de grandes series tanto de moldes como de machos.
S Automatización de la limpieza de las piezas (Cortes de bebederos, repaso, limado y pulido de la
pieza.)
S Adopción de hornos especiales para el llenado de moldes.
S Calidad de los materiales por fusión, aleación e inoculación.
S Uso de lubricantes y aislantes para la mejora de la calidad superficial.
S Dosificación automática de la colada.
S Automatización de la fabricación de piezas en serie en aleaciones ligeras a presión o transferencia a
prestos.
S Métodos de ensayo no destructivos como rayos X.
S Acabado automático mediante CAD-CAM
S Ensayo de nuevas tecnologías tanto de simulación “Solid Freeform Manufacturing” como de
fabricación: “Thixomoldeo” o moldeo de aleaciones semisólidas, “Squeeze casting”o moldeo pujante,
moldeo integral… etc.
S Reingeniería de procesos para mejorar la calidad del trabajo invirtiendo en la confortabilidad del
trabajador (Polvo, humos, temperatura, ruidos ...). Además se intenta ser respetuoso con el medio
ambiente como fórmula de calidad total.
El empleo de estas técnicas conlleva en ambos casos la modificación de la organización y métodos
de producción.
1.3 Etapas del moldeo
En todos los procesos de moldeo existen una serie de etapas comunes que describiremos a
continuación:
Normalmente en una primera fase el moldista a partir de la pieza que se desea obtener diseña el
molde y los elementos de moldeo. Existen muchos factores que determinan el molde como el
material de fabricación, el número de piezas, la calidad y precisión de la pieza a obtener ... A partir
del tipo de molde escogido se determinarán las dimensiones de la cavidad principal, partes y tipo de
molde, elementos de moldeo como puedan ser el modelo, insertos, mazarotas, sistemas y entradas
de alimentación de material fundido, temperatura del material, enfriadores, noyos, sujetadores de

F%%Módulo 3. Moldeo de piezas metálicas
noyo, cajas de noyo, tipo de colada. Es muy importante que el moldista calcule cual será la velocidad
de enfriamiento del material y si este llegará en condiciones a todas las partes de la pieza así mismo
debe prever el desmoldeo y limpieza de la pieza. También debe tener en cuenta los rechupes debidos
a la contracción de material, escape de gases y incluso el tipo de grano que se formará en zonas que
requieran esfuerzos o haya desgaste mecánico. La conjunción de tantos parámetros hace necesario
que el moldista se apoye en un sistema prueba y error o bien en una herramienta de simulación.
Molde permanente de fundición para
moldeo manual por gravedad
Otro aspecto a tener en cuenta es la fundición del metal. Dependiendo del punto de fusión del
material y de su pureza se escogerá el tipo de horno ya sea de fusión como de mantenimiento de
temperatura y la forma como se llevará este material hasta el molde.
Una vez se ha diseñado el molde se procede a fundir el metal mientras se prepara el molde. Esto
consiste en fabricarlo y sólo se realiza en caso de moldes desechables. En caso de moldes
permanentes este se fabrica una sola vez.
Tras tener el molde a punto se procede al moldeo vertiendo el metal fundido en el interior del molde.
Esto puede hacerse por gravedad o aplicando cierta presión.
Al salir del molde el resultado es un sólido que además de la pieza sobredimensionada contiene los
conductos de alimentación de metal y en algunos casos otros elementos como puedan ser mazarotas.
Es preciso cortar estas partes sobrantes. A este proceso se llama desbaste y se suele automatizar
utilizando sierras radiales o tronzadoras con útiles de apoyo.
El siguiente paso es la limpieza de las superficies de arena incrustada, rebabas... mediante sistemas
como por ejemplo el arenado.
Es muy importante realizar una inspección ya sea visual o por rayos X ... para despreciar o reciclar
las piezas defectuosas antes de realizar cualquier otra operación. De hecho, en cada operación sería
recomendable una inspección visual.
Dependiendo del uso de la pieza esta debe tratarse térmicamente para mejorar sus propiedades
mecánicas.
Tras la anteriores etapas la pieza debe finalizarse mediante mecanizado y en algunos casos debe
tratarse química o eléctricamente para conseguir un efecto anti-corrosión o de embellecimiento.

Fabricación de un grifo por moldeo por gravedad en coquilla. Cortesía de grifería TRES
1.4. Clasificación del moldeo
Las fundiciones se especializan en función de los metales a fundir con que realizan las piezas o de la
finalidad de las piezas fabricadas. Dependiendo del material a colar, distinguimos claramente dos
grandes grupos: fundición de materiales férreos y no férreos. La gran diferencia entre estos dos grupos
se basa en que la temperatura de fusión de los materiales férreos es mayor que la de los metales no
férreos, hecho que determinará la forma realizar las piezas y el tipo de maquinaria utilizada. Otra
clasificación se basa en la finalidad de las piezas fabricadas en que distinguiríamos las fundiciones que
realizan piezas para instalaciones hidráulicas, productos de catálogo, cilindros de laminación...
En esta publicación se clasificará el moldeo según el tipo de molde empleado. Esto depende del metal
que se va a colar, el tamaño de la pieza y el número de piezas a realizar, por lo que se cree que puede
ser la clasificación más adecuada. Así distinguiremos entre moldeo con moldes desechables y moldes
permanentes dependiendo si su utilización es de una única colada (un único uso) o si puede hacerse
con él múltiples coladas (varios usos) respectivamente.
Los moldes a su vez pueden dividirse en abiertos o cerrados dependiendo de si su cavidad está
descubierta por una de alguna de sus caras por donde se llena ésta (molde abierto) o por lo contrario
no existe ninguna cara descubierta por lo que el metal llega a la cavidad por medio de conductos
internos (molde cerrado).

F%'Módulo 3. Moldeo de piezas metálicas
Los moldes abiertos son sencillos y económicos pero dan piezas muy bastas y al solidificarse la
parte superior de la pieza adquiere forma cóncava debido a la contracción y falta de realimentación
de metal fundido y se oxidan superficialmente. Se utiliza en piezas muy voluminosas y en productos
semielaborados como lingotes que posteriormente se refundirán, laminarán o forjarán (aceros).
En los moldes cerrados la masa líquida queda sometida a la presión hidrostática dada por el molde
por lo que las piezas obtenidas son de estructura más fina y compacta y con mejor aspecto
superficial. En estos moldes debemos trazar en todos los casos los bebederos de colada, los
conductos de alimentación y respiraderos.
2. MOLDES DESECHABLES
Son moldes de un solo uso ya que se destruyen después de hacer la colada para poder extraer la
pieza. El material que se utiliza normalmente para la construcción de estos moldes es arena, aunque
a veces también se utilizan moldes de yeso o material cerámico. Las piezas realizadas por este
procedimiento suelen ser piezas de todo tipo excepto piezas con altas exigencias dimensionales o
formas y superficies incompatibles con este tipo de producción.
2.1. Fabricación de moldes desechables
La fabricación de moldes desechables sea manual o automática consta de una serie de etapas y
elementos comunes. En este apartado definiremos escuetamente estos para obtener unas ideas
básicas con que entender los diferentes tipos de moldes. Posteriormente y dentro de cada tipología
ampliaremos estos conocimientos.
Para obtener la cavidad del molde realizaremos una huella con un sólido patrón con la forma de la
pieza a fabricar. Este sólido patrón lo denominaremos modelo. Las dimensiones de este modelo se
sobredimensionan respecto a la pieza original para contrarrestar la contracción de la pieza al
solidificarse y para que haya un exceso de material en las superficies que deban mecanizarse. Este
modelo puede ser sólido si está hecho de una sola pieza o dividido si consta de dos piezas o más.

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