1. INTRODUCCIÓN.
2. TECNICAS DE MECANIZADO DE PIEZAS METÁLICAS. HERRAMIENTAS Y UTILES CARACTERÍSTICOS.
2.1. ASERRADO
2.2. CORTE OXIACETILÉNICO.
2.3. CORTE CON LASER
2.4. CORTE CON PLASMA
2.5. TORNEADO.
2.6. TALADRADO.
2.7. LIMADO.
2.8. CEPILLADO.
2.9. FRESADO.
2.10. RECTIFICADO.
2.11. BROCHADO.
2.12. MANDRINADO.
3. TECNICAS DE CONFORMACIÓN DE PIEZAS METÁLICAS. HERRAMIENTAS Y UTILES CARACTERÍSTICOS
3.1. CONFORMACIÓN POR MOLDEO.
3.1.1. Moldeo en arena.
3.1.2. Moldeo en coquilla.
3.2. CONFORMACIÓN POR DEFORMACION.
3.1.3. FORJA.
3.1.4. ESTAMPACIÓN.
3.1.5. EXTRUSIÓN.
3.1.6. LAMINACIÓN.
3.1.7. ESTIRADO.
3.1.8. TREFILADO.
4. TÉCNICAS DE UNIÓN DE PIEZAS METÁLICAS. HERRAMIENTAS Y ÚTILES CARACTERÍSTICOS.
4.1. UNIONES FIJAS.
4.1.1. Soldadura blanda.
4.1.2. Soldadura fuerte.
4.1.3. Soldadura por arco eléctrico.
4.1.4. Soldadura por resistencia.
4.1.5. Soldadura oxiacetilénica.
4.1.6. Soldaduras en frío.
4.1.7. REMACHADO.
4.1.8. UNION POR ADHESIVOS
4.1.9. UNION A PRESIÓN
4.2. UNIONES DESMONTABLES.
4.2.1. Elementos roscados.
4.2.2. Elementos no roscados.
5. CONCLUSIÓN
BIBLIOGRAFÍA
– “Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales”. Ed. McGraw Hill.
– “Diseño e ingeniería mecánica”. Ed. McGraw Hill.
– “Tecnología Industrial I” Santillana.
– “Manual del ingeniero”. Editorial Gustavo, Gili.
1. INTRODUCCIÓN.
¿Qué importancia tiene la conformación y unión de metales?, ¿Qué tipos de conformación se pueden dar a las piezas metálicas?, ¿Cómo se pueden unir estas piezas entre sí?, ¿Qué técnicas de mecanizado existen?, Estas y otras preguntas las contestaremos durante el desarrollo del tema, en el que vamos a conocer los distintos procedimientos que se aplican para dar forma a las piezas metálicas, así como la manera de unirlas.
Si observamos cualquier máquina, veremos que está constituida por un conjunto de piezas elementales u órganos acoplados entre sí. Estas piezas han tenido que sufrir un proceso de conformación, hasta conseguir en ellas una forma concreta adecuada a su funcionamiento. Su conformación depende de distintos factores como son el precio, la precisión, la forma geométrica, y la rapidez para obtener la pieza. Estos factores son los que influyen a la hora de escoger el procedimiento apropiado como fundición, deformación y corte, soldadura, arranque de material, etc.
La unión de las piezas puede realizarse de forma fija mediante soldadura o remaches, o desmontable, con ayuda de distintos elementos como tornillos, arandelas, espárragos, etc.
En este tema trataremos estos puntos donde tiene gran importancia en el currículo de Tecnología porque a pequeña escala se trabaja los metales en 2º de ESO y se ven ampliamente en Bachillerato.
2. TECNICAS DE MECANIZADO DE PIEZAS METÁLICAS. HERRAMIENTAS Y UTILES CARACTERÍSTICOS.
Aquí se verán las operaciones de conformación por arranque de material, es decir, arrancado del material sobrante en forma de virutas para obtener la pieza deseada según las especificaciones.
El corte de materiales se hace con la ayuda de unas máquinas llamadas máquinas – herramienta. A la operación de rebajado de material en una pieza con una herramienta cortante se llama mecanizado.
2.1. ASERRADO
El aserrado es la operación manual de cortar el material y se hace con la sierra, que consta de hoja y arco.
La hoja de sierra es una cinta flexible de acero con dientes tallados triangularmente y triscados para vaciar el corte. Se clasifican por su longitud, disposición de dientes y grado de corte. El grado de corte indica el número de dientes por centímetro.
El arco suele ser de acero y soporta tensando la sierra. Lleva un mango, tuerca y palometa de apriete u los arcos suelen ser extensibles para distintas longitud de sierras.
2.2. CORTE OXIACETILÉNICO.
Este corte se hace con un soplete donde se da la oxidación del metal en presencia de oxígeno puro calentándolo a unos 900 ºC con acetileno y propano. Con este corte se pueden cortar perfiles gruesos pero no sirve para aceros inoxidables.
2.3. CORTE CON LASER
El láser se utiliza para cortes de gran precisión y muy duros, así como para sacar huecos a piezas deseadas.
2.4. CORTE CON PLASMA
En un soplete de plasma se calienta una corriente de gas por medio de un arco con electrodo de tungsteno hasta una temperatura tan alta, que el gas se ioniza y actúa como conductor de la electricidad. En este estado, el arco gaseoso se conoce como plasma. El soplete se diseña de tal forma que el gas se vea confinado estrechamente a la columna del arco a través de un pequeño orificio esto aumenta la temperatura del plasma y concreta su energía sobre una pequeña parte de la pieza trabajada, lo que funde rápidamente al metal y lo corta.
2.5. TORNEADO.
Consiste en fabricar piezas de revolución. La rotación es la operación básica que hace un torno. A la pieza metálica se le da forma cuando gira en contacto con una herramienta cortante. Hay muchos tipos de tornos, el más utilizado es el torno cilíndrico. Es muy versátil, se emplea para piezas de revolución, realización de ranuras o roscas. El torno cilíndrico tiene 4 partes: bancada, cabezal fijo, cabezal móvil y carro portaútiles. Los movimientos de trabajo del torno son: movimiento de corte, movimiento de avance y movimiento de penetración. Con las herramientas adecuadas se pueden hacer las siguientes 4 operaciones de torneado:
− Cilindrado, para sacar piezas cilíndricas.
− Refrentado, para hacer el rebaje de una pieza
− Ranurado, para hacer una ranura,
− Roscado, para hacer roscas.
2.6. TALADRADO.
Es la perforación de piezas metálicas o no metálicas por medio de una broca. La perforación se hace y en su extremo inferior hay unos bordes afilados que cortan el material. Lleva dos ranuras helicoidales que sirven para guiar las virutas arrancadas. La broca se elige en función del tamaño y resistencia del material. Cuanto mas duro sea el material mayor punta de broca necesitamos y más afilada debe estar.
Para taladrar se fija la pieza a la mesa y se coloca la broca con la punta en el centro del agujero a realizar. La broca se aprieta con el la llave troncocónica, Previamente se puede marcar con un puntero el agujero, se debe elegir la broca adecuada colocada en el portabrocas, bien apretado y con la velocidad adecuada al material. Para taladrar se lubrican las brocas para evitar el desgaste y altas temperaturas. Los movimientos de trabajo son de corte y avance.
Las operaciones que se pueden hacer con una taladradora son las siguientes:
− Escariado, que por medio de escariadores, se perfecciona la superficie deseada.
− Barrenado, para hacer más grande el agujero.
− Avellanado, para alojar la cabeza de los tornillos
2.7. LIMADO.
El limado es una operación para mejorar el acabado superficial de los productos. Se utiliza para suavizar superficies, eliminar rebabas, rasurado de ejes, estampas, etc. Se realiza manualmente con limas o mecánicamente con limadoras. Las limas llevan el mango y el cuerpo de la lima con superficie estriada y se clasifican según su forma y tamaño. En cuanto a las fases de limado, destacamos 2 que son el desbastado y el pulido.
El desbastado se hace con lima basta para arrancar el grueso y el pulido se hace con limas finas para dar la forma deseada.
Las limadoras están formadas por una bancada, en la que se soportan todos los mecanismos de la limadora, y que dispone de una serie de guías horizontales y verticales para poder desplazar el portaherramientas, donde se sitúa la herramienta de corte.
2.8. CEPILLADO.
Se trata de una operación de arranque de viruta. Se realiza en la cepilladora, que al igual que la limadora, dispone de una bancada, la mesa y un carro portaherramientas. En este caso la herramienta permanece fija, siendo la pieza la que se mueve debajo mediante un movimiento rectilíneo. Los movimientos de trabajo son: de corte, de avance y penetración.
2.9. FRESADO.
El fresado se lleva a cabo mediante una herramienta denominada fresa, la cual se mueve con un movimiento de rotación, mecanizando superficies de piezas que se desplazan bajo la herramienta con movimiento rectilíneo.
Las partes principales de una fresadora son:
− Base, que sirve de apoyo a la máquina.
− Cuerpo o bancada, con las guías y mecanismos de accionamiento.
− Mesa, para apoyar la pieza.
− Eje portafresas que acciona rotativamente el cuerpo de la fresadora.
Los tipos de fresas son:
− Fresa de disco con dientes alrededor para el fresado en tallas y ranuras.
− Fresa cilíndrica similar a la de disco, pero de gran espesor.
− Fresa cilíndrica frontal, lleva dientes en una de las dos bases.
− Fresa de espiga cilíndrica y estrecha.
2.10. RECTIFICADO.
Sirve para corregir las deformaciones producidas en las piezas durante su elaboración o funcionamiento. Consiste en arrancar material en forma de virutas muy pequeñas, mediante el trabajo con la rectificadora. Se pueden mecanizar superficies cilíndricas, cónicas, planas, etc.
2.11. BROCHADO.
Consiste en hacer pasar en línea recta una herramienta, forzadamente, por el interior de un orificio de la pieza a mecanizar o a lo largo de su periferia externa con el fin de obtener un perfil concreto. Se hace con la brochadora.
2.12. MANDRINADO.
Consiste en mecanizar agujeros de distintas secciones, propios de cajas de velocidad, bancadas de motores para buques, etc., mediante el trabajo con la mandrinadora. La mandrinadora es una máquina-herramienta de corte circular continuo. El movimiento de corte lo posee la herramienta y el de avance la herramienta o la pieza.
La herramienta principal es la barra de mandrinar de filo único. La mandrinadora consta de los siguientes elementos: bancada, columna, cabezal, mesa, carro longitudinal de mesa y carro transversal.
3.1. CONFORMACIÓN POR MOLDEO.
El moldeo consiste en calentar un material hasta su punto de fusión y echarlo en un molde con la forma de la pieza a obtener, también conocido con el nombre de colada. Destacamos el molde en arena y en coquilla.
3.1.1. Moldeo en arena.
Los moldes se fabrican con arena de sílice. Aunque la arena se puede reutilizar presentan el inconveniente de que el molde se destruye en el proceso de desmoldeo y es necesario construir uno para cada pieza.
El proceso de moldeo en arena es:
A) Se coloca el modelo a realizar dividido por la mitad en una caja llena de arena.
B) Se hace igual con la otra mitad del modelo, con el bebedero, la mazarota y el canal de colada. El Bebedero sirve para luego llenar el molde. La Mazarota comunica al exterior con el molde, para eliminar los gases durante el llenado y el Canal de colada sirve para conducir el metal fundido desde el bebedero al molde.
C) Después se abre el molde y se vierte el metal fundido y cuando solidifica se rompe el molde y se saca la pieza.
3.1.2. Moldeo en coquilla.
Las coquillas son unos moldes metálicos permanentes que permiten obtener un número muy elevado de piezas utilizando el mismo molde. Al ser el metal mejor conductor que la arena el proceso de enfriamiento es más rápido. Con este tipo de moldeo se consigue una mayor precisión de las piezas lo que reduce bastante el mecanizado
posterior y mejora considerablemente el aspecto superficial.
Según la forma de llenar el molde hay tres métodos de moldeo en coquilla, por gravedad, bajo presión o centrífuga.
1. Colada por gravedad que se realiza por gravedad sin presión alguna.
2. Colada bajo presión donde el metal llena el molde bajo presión y puede ser De cámara fría, donde el horno y la unidad de inyección están separadas o de cámara caliente donde el horno y la unidad de inyección es una unidad.
3. Colada centrífuga donde al girar el molde alrededor de un eje de simetría, con la fuerza centrífuga, el metal fundido ocupa el molde. Se utiliza en piezas de revolución.
3.2. CONFORMACIÓN POR DEFORMACION.
3.1.3. FORJA.
La forja es el procedimiento más antiguo de trabajar los metales, por lo que antiguamente se realizaba a mano. El herrero calentaba la pieza en una fragua de carbón y una vez alcanzaba la temperatura idónea lo sacaba con unas tenazas y lo golpeaba con un martillo hasta darle la forma deseada en un yunque.
En la actualidad se realiza la forja mecánica, donde se usan dos tipos de máquinas:
– Los Martillos donde la compresión se hace por golpes sucesivos y repetitivos por accionamiento hidráulico, mecánico o neumático.
– Las prensas, donde la compresión se hace por presión continua de forma mecánica o hidráulica.
3.1.4. ESTAMPACIÓN.
Es el modelado de piezas previamente laminadas. Consiste en someter un metal a un esfuerzo de compresión entre dos moldes de acero denominado estampas.
Las estampas son unos moldes formados por la estampa superior y la inferior. La estampa superior es movida mecánicamente y la inferior está fija y se realiza en caliente o en frío.
3.1.5. EXTRUSIÓN.
La extrusión consiste en hacer fluir el metal a presión a través de orificios con la forma deseada, donde se utilizan las matrices con boquillas de sección igual a la del perfil. La extrusión puede ser en frío o en caliente, y a su vez, puede ser directa o inversa, según el sentido del movimiento del material respecto al del empuje.
3.1.6. LAMINACIÓN.
Es un proceso de conformación plástica donde la masa metálica se deforma al pasar entre dos rodillos superpuestos que giran en sentidos contrarios.
Se puede realizar en caliente y en frío, donde se obtienen barras o chapas de perfiles deseados. Al no tener una reducción grande del espesor en una sola pasada, se necesitan varias por lo que se mete en un tren de laminación, que es un conjunto de varios laminadores.
3.1.7. ESTIRADO.
El estirado es un proceso de conformación plástica en el que se produce una disminución de la sección del material modificando sus propiedades mecánicas por medio de unos orificios calibrados llamados hileras. Con el estirado se calibra el material, se endurece y se le da la forma deseada por medio de los bancos de estirar.
3.1.8. TREFILADO.
Con el trefilado se reduce el grosor de un producto metalúrgico como un metal dúctil, alambre laminado, etc. pasando de forma traccionada por unos agujeros calibrados.
El trefilado se lleva en las máquinas de trefilar, que constan de devanadera, hilera y bobina de arrastre.
4. TÉCNICAS DE UNIÓN DE PIEZAS METÁLICAS. HERRAMIENTAS Y ÚTILES CARACTERÍSTICOS.
Las máquinas y estructuras a veces no se pueden hacer de una pieza única, sino por composición de varias y estas pueden estar unidas entre sí de forma desmontable o fija, según se puedan o no separar con facilidad.
4.1. UNIONES FIJAS.
Entre estas uniones veremos la soldadura, remaches, unión por abrasivos y ajustes a presión.
4.1.1. Soldadura blanda.
Esta soldadura se hace con material de aportación a temperaturas inferiores de los 400ºC. El material más empleado son las aleaciones de estaño y plomo.
Para una correcta soldadura se limpian las superficies y se recubren con resina, para eliminar el óxido.
Después se calientan las superficies con un soldador y cuando alcancen la temperatura de fusión del metal de aportación se aplica con lo que desliza por las superficies y se endurece cuando se enfría. Se utiliza una lámpara de butano y un soldador eléctrico. Esta soldadura no es muy resistente.
4.1.2. Soldadura fuerte.
Parecida a la blanda pero con temperaturas de 800 ºC. Se hace con aleaciones de plata, cobre y zinc, y material fundente el bórax. Un soplete de gas aporta el calor requerido para la unión y la resistencia es considerable.
4.1.3. Soldadura por arco eléctrico.
Esta soldadura consiste en fusionar los bordes que se desea soldar mediante el calor de un arco eléctrico. Los bordes de las piezas se mezclan íntimamente, formando al enfriarse una pieza única resistente y homogénea. Aquí las
temperaturas son de 3500 ºC, y hay que generar un arco de suficiente longitud para la correcta soldadura, sino se
puede perforar el material.
4.1.4. Soldadura por resistencia.
Se basa en el efecto Joule donde el calentamiento se produce al pasar una corriente eléctrica a través de la unión de las piezas. Los materiales de base se disponen solapados entre sendos electrodos, que tienen la misión de aplicar
secuencialmente la presión y la corriente correspondientes al ciclo, produciéndose un punto de soldadura de forma lenticular.
El punto de soldadura se localiza bajo los electrodos y en la superficie de contacto de los dos materiales, por ser el
área de mayor resistencia eléctrica.
Tiene sus principales aplicaciones en la fabricación de carrocerías de automóviles y electrodomésticos y está sujeto a un alto grado de automatización.
4.1.5. Soldadura oxiacetilénica.
El calor se hace por combustión del acetileno, ya que es una reacción muy exotérmica. Para llevarla a cabo se necesita una Botella de acetileno disuelto en acetona, una Botella de oxígeno a gran presión, un soplete y material de protección, como gafas, guantes, mandil y botas.
4.1.6. Soldaduras en frío.
La unión de los metales se produce sin aportación de calor, siendo útil cuando no se quiere modificar las propiedades de los materiales a soldar. Se puede realizar de estas 4 maneras:
– Por presión, donde se unen por una fuerte presión.
– Por fricción, al poner en contacto una pieza calentada por fricción de un giro.
– Por explosión, donde la unión se hace por la detonación de un explosivo, donde en el punto de colisión de las piezas se genera la soldadura.
– Por ultrasonidos, donde se unen por la energía vibratoria acústica de alta frecuencia.
4.1.7. REMACHADO.
El remachado es un procedimiento de unión fija entre dos piezas, por lo general de poco espesor, que
consiste en agujerear todas las piezas que hay que unir, y atravesar los orificios con unas varillas metálicas llama roblón o remache, las cuales se sujetan en sus extremos con una cabeza para comprimir las piezas a unir. Para romper el remache hay que taladrarlo. Se puede hacer a mano o con remachadora accionada hidráulica o neumáticamente.
4.1.8. UNION POR ADHESIVOS
La unión se hace intercalando entre las superficies a unir, un adhesivo con gran poder de adherencia. Estos pueden ser naturales como colas, gelatinas, celulósicos, etc. o sintéticos como acrílicos, de poliésteres, etc.
4.1.9. UNION A PRESIÓN
Donde se une a presión directamente una pieza con otra como puede ser un eje o vástago con un agujero o hembra, y se hace a presión de forma forzada
4.2. UNIONES DESMONTABLES.
Este tipo de uniones permite separar las piezas sin romper su medio de unión.
4.2.1. Elementos roscados.
La utilización de elementos roscados como son tornillos y tuercas como elementos de unión de diferentes partes de una máquina está muy extendida. Existen infinidad de modelos y medidas de elementos roscados. Los elementos más conocidos son:
• Tornillos y tuercas. El tornillo tiene cuerpo cilíndrico con una cabeza en su extremo para enroscarlo. El otro extremo es para encajar la tuerca mediante torsión.
• Pernos. Son piezas largas y cilíndricas parecidas a los tornillos donde en su extremo se coloca una chaveta o tuerca.
• Tirafondos. Son piezas utilizadas frecuentemente para unir piezas de madera proporcionándoles una unión más segura que los clavos y pueden ser avellanados o no.
• Prisioneros. Son tornillos que se enroscan en otra pieza para evitar que se salgan o giren.
• Espárragos. Es una varilla roscada en ambos extremos, en su empleo normal, atraviesa un barreno liso de una de las piezas y se atornilla permanentemente dentro de un agujero aterrajado o roscado con macho de la otra.
4.2.2. Elementos no roscados.
Tenemos los pasadores, chavetas y guías.
• Pasadores. Son varillas metálicas de secciones variadas que realizan la unión de las piezas pasando a través de ellas.
• Chavetas. Son piezas prismáticas en forma de cuña, capaces de transmitir esfuerzos entre las dos piezas que unen y se introducen en un entalle practicado en la pieza, denominado chavetero.
• Guías. Son piezas que se emplean en las máquinas y en otros aparatos para permitir que una pieza se desplace en una dirección determinada con respecto a otra fija. Las guías pueden presentar formas distintas.
5. CONCLUSIÓN
Aunque diversos procesos de deformación como forja, estampación, extrusión, laminación, estirado, etc. resultan de la mayor importancia por su aplicación en la tecnología actual para la obtención de todo tipo de piezas metálicas, los orígenes de algunos de ellos, como la forja, tienen una antigüedad de varios milenios.
En este tema hemos visto las formas más usuales.
