Este documento presenta una introducción a la tecnología mecánica. Explica que los metales siguen siendo los materiales más utilizados en la industria, especialmente los metales férricos como el acero. Detalla los principales procesos para obtener los metales a partir de los minerales, incluyendo la obtención del hierro en altos hornos y el posterior refinado del arrabio para producir acero u otros metales férricos. Finalmente, introduce los conceptos básicos sobre clasificación de aceros y formatos en los que lle
4. 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
5. p4 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
9. Módulo 1. Introducción p9
(! !)*
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.
(+
13. p10 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
(%/
15. Módulo 1. Introducción p11
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
((0
/
22. ,
Tubos
- Sin soldadura
- Con soldadura
Alambres
Se obtienen por trefilado que consiste en hacer pasar a material por una hilera arrastrado por
bobinas.
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.
(3)
26. ,
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 .
Cobre - Planchas, tubos, alambres y pletinas.
Latones - Redondos, hexagonales, planchas y tubos.
Bronces - Chapas, alambres, planos anchos y tubos.
Aluminio - Pletinas, chapas, redondos, alambres y perfiles.
Estaño - Chapas finas, láminas y alambres.
Zinc - Tubos y canalones.
(50,
28. Módulo 1. Introducción p13
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. (*)
2!,718
47. p21 Módulo 2. Tratamientos térmicos conformado de chapa en frío
48.
49.
50. p23 Módulo 2. Tratamientos térmicos conformado de chapa en frío
RATAMIENTOS TÉRMICOS
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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.
'
61. p30 TECNOLOGÍA MECÁNICA
„ 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.
68. p34 TECNOLOGÍA MECÁNICA
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:
Aceros dulces y extradulces (bajo contenido en carbono.)
Aceros austeníticos inoxidables.
Latón y cobre.
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.
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Se nombran algunas de las operaciones que realizamos mediante deformación en frío y que estudiaremos
a continuación:
Cizallado
Doblado o estampado
Aplanado
Rebordeado, plegado o perfilado
Perfilado
Troquelado
Embutido
Entallado
Otras
0 6
72. p37 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.
0 0 '
76. 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
0 4
/
115. p74 TECNOLOGÍA MECÁNICA
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 .
% % $
118. p75 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:
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…
Productos domésticos y de edificación: Elementos sanitarios, griferías, radiadores…
Instalaciones hidráulicas: Tubos, ruedas, álabes en grandes series, bastidores de bombas, algunos
engranajes y levas …
Farolas, campanas, estatuas, tapas de alcantarillas…
Joyería, prótesis dentales …
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