Índice
- Introducción.
- Conformado por fundición de metales.
- Conformado por deformación y corte.
3.1.- Laminación.
3.2.- Trefilado
3.3.- Estampación en frió.
3.3.1.- Troquelado.
3.3.2.- Doblado y curvado.
3.3.3.- Embutido.
3.4.- Forja
3.5.- Estampación en caliente.
- Conformado por soldadura.
4.1.- Conformado por puntos
4.2.- Conformado por electrodos.
4.3.- Conformado por hilo
4.4.- Conformación oxiacetilénica
- Arranque de material.
5.1.- Torneado.
5.2.- Fresado.
5.3.- Taladrado
5.4.- Mandrinado.
5.5.- Brochado
5.6.- Rectificado.
- Acoplamientos.
6.1.- Atornillado.
6.2.- Chavetas y lengüetas.
6.3.- Remaches.
6.4.- Soldadura.
- Conclusión.
Bibliografía.
Bustinduy Ors, J. (1965): “Tecnología de los conocimientos básicos de taller industrial” Ed. Augustinus, Madrid.
Leyensetter, A.(1974): “Tecnología de los oficios metalúrgicos”. Ed. Reverte, s.a., Barcelona.
A.A. V.V. (1985): “Tecnología de los metales” . Ed. Reverte, s.a., Barcelona.
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 acopladas 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 está determinada por distintos factores como son el precio, la precisión, la forma geométrica, y la rapidez para obtener la pieza, entre otros. Estos factores son los que influyen a la hora de escoger el procedimiento apropiado: 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.
2.- Conformado por fundición de metales.
Consiste en obtener una pieza introduciendo metal en estado líquido en un recipiente con la forma adecuada, llamado molde, de dimensiones ligeramente superiores para compensar la contracción que sufre el metal después de la colada.
El proceso puede ser:
Moldeo en arena. El recipiente contiene arena, con la desventaja de que hay que romper el molde para extraer la pieza formada. La calidad dimensional y superficial de la pieza es escasa, por lo que suele necesitar un mecanizado posterior.
Moldeo en coquilla. El recipiente es de acero, y por tanto es permanente. Este método es económico cuando el número de piezas a realizar es muy elevado. El uso de coquillas reduce el mecanizado de las piezas y, en algunos casos, lo reduce por completo. Se obtienen superficies más finas y uniformes.
Moldeo con terraja. Permite moldear piezas que se engendran por rotación o traslación, sin el empleo de modelos. Es económico para obtener un número muy reducido de piezas.
La fundición de metales se aplica para obtener, principalmente, piezas de gran tamaño y formas complicadas, como bancadas para máquinas-herramienta, hélices para buques, campanas, etc. Se procura emplear aquellos materiales que tienen las mejores condiciones de fusibilidad y colabilídad, siempre que garanticen las características de resistencia y servicio, como son el acero, las aleaciones de hierro los latones, los bronces y las aleaciones de aluminio.
Existen además diversos procedimientos para el moldeo de precisión como son:
Moldeo en cáscara.
Moldeo a la cera perdida.
Procedimiento Mercast.
En el moldeo a mano se utilizan una serie de herramientas especiales que permiten transferir la arena a las cajas de moldeo, apisonarla, reparar los deterioros. Estos elementos son palas, cepillos, mazas, pisones, etc.
En el moldeo mecánico el elemento principal es la placa modelo, realizándose el molde en dos cajas.
En el moldeo con terraja las herramientas empleadas son la terraja o plantilla y el gramil, que es el brazo donde se sujeta la terraja.
3.- Conformado por deformación y corte
La conformación de piezas por deformación se realiza golpeando o sometiendo a presión los metales y aleaciones en caliente o en frío.
Las operaciones realizadas por este procedimiento pueden ser por deformación pura, deformación y corte, o solamente corte, y son las siguientes:
3.1.- Laminación.
Consiste en deformar una masa haciéndola pasar entre dos cilindros superpuestos que giran en sentido inverso. Partimos de lingotes metálicos que se transforman en chapas, perfiles, alambres o tubos, aptos para el empleo directo o para servir de base para nuevas elaboraciones.
Este procedimiento se efectúa en trenes de laminación, que son agrupaciones de laminadores por los que va pasando el material hasta completar el ciclo de elaboración.
La laminación puede hacerse en frío o en caliente. La laminación en frío se realiza a temperatura ambiente, y los materiales precisan de un tratamiento posterior de recocido, ya que al someterlos a una deformación permanente adquieren acritud, o dicho de otra forma, modifican las propiedades de plasticidad y tenacidad.
Los materiales que se emplean en este procedimiento son aceros, aluminios, latones, etc.
3.2.- Trefilado.
Consiste en hacer pasar forzadamente en frío, a través de una trefílera o hilera de embocadura cónica, una barra previamente laminada, a fin de reducir su sección transversal, alargándola y calibrándola según una medida más precisa y dejándole la superficie más lisa.
Se aplica para la fabricación de alambres, varillas y otros perfiles siempre de secciones reducidas. Los materiales empleados son acero al carbono, aceros aleados, cobre, aluminio, ete.
3.3.- Estampación en frió.
Consiste en deformar una chapa que se sitúa en una especie de molde metálico compuesto por una matriz y un punzón. Se realiza colocando la chapa sobre la matriz y presionando sobre ella con el punzón de la forma adecuada a la chapa que queremos obtener. Se realiza a temperatura ambiente.
Es un procedimiento económico para fabricar grandes series de piezas iguales. Se consigue la uniformidad en las piezas, que además no sufren transformaciones originadas por calentamientos. El acabado superficial es excelente y no se precisa de ninguna operación posterior, salvo pintura u otro recubrimiento especial.
Se aplica a la chapa para la fabricación de piezas para aviones, automóviles, electrodomésticos, etc. Las operaciones fundamentales en que puede descomponerse este procedimiento son:
– Punzonado o corte, también llamado troquelado,
– Doblado.
– Curvado.
– Embutido.
Aunque existen otros como el entallado, el aplanado, el engranado, etc.
3.3.1.- Troquelado.
Consiste en separar de una chapa una pieza de una forma determinada, en un troquel compuesto por una matriz y un punzón.
3.3.2.- Doblado y curvado.
Consiste en transformar una chapa plana en otra quebrada, de tal manera que esta deformación se produzca sin variación en el espesor inicial de la chapa.
3.3.3.- Embutido.
Es una operación que tiene como finalidad el convertir una chapa plana en un cuerpo hueco, procediendo gradualmente con una o más pasadas.
El espesor de la chapa no sufre, teóricamente, ninguna variación durante el proceso.
3.4.- Forja.
Es un procedimiento de conformación que se realiza, sometiendo al metal a esfuerzos violentos de compresión, repetidas veces, después de haberío calentado a temperaturas superiores a las de recristalización, pero inferiores a las de fusión. A estas temperaturas puede darse a los metales grandes deformaciones con pequeños esfuerzos, siendo además la magnitud de la deformación prácticamente ¡limitada, sin que se produzca nunca acritud.
Los metales son forjables únicamente, cuando al ser calentados aumentan notablemente su plasticidad, mientras disminuye simultáneamente su resistencia a la deformabilidad. Los más importantes metales forjables son el acero, el aluminio y el cobre. Se emplean en cigüeñales, bielas, utensilios de cocina, valvulería, etc.
El estado superficial de las piezas obtenidas es generalmente basto. La calidad dimensional es escasa, por lo que las piezas forjadas precisan de un mecanizado posterior en sus partes funcionales, para tener unos valores aceptables de precisión y buen funcionamiento. La estructura es más compacta y la resistencia mecánica mayor.
Las herramientas necesarias para la forja son el yunque, los martillos y las tenazas de herrero.
3.5.- Estampación en caliente.
Consiste en deformar una pieza de material calentada a la temperatura adecuada, que se sitúa dentro de un molde metálico compuesto de dos piezas, estampa y contraestampa, ejerciendo una fuerte presión.
Las máquinas usadas para esta operación son prensas de gran potencia.
Los metales deben ser maleables, siendo los mismos y con idénticos usos que los utilizados para la forja. El estado superficial de las piezas es generalmente basto. La calidad dimensional es de una exactitud aceptable en la mayoría de los casos, si bien las piezas deben someterse al desbarbado con herramientas de corte. La estructura es más compacta y la resistencia mecánica mayor.
4.- Conformado por soldadura.
Soldar es unir por fusión dos piezas metálicas o dos partes de una misma pieza, elevando la temperatura de las superficies a soldar. Puede realizarse con o sin aportación de una sustancia igual o semejante a las piezas a soldar.
La soldadura también permite el corte de las piezas. Se utiliza mucho para la formación de estructuras como puentes metálicos, cascos de buques, repetidores de televisión, etc.
El punto de fusión del metal de soldadura tiene que ser siempre más bajo que el de los metales a soldar. La preparación de las piezas a soldar debe garantizar una soldadura penetrante de todo el espesor del material, y la fusión entre éste y el alambre de soldar.
También debe tener en consideración los fenómenos de tensión y contracción desarrollados por el tratamiento térmico.
Se pueden realizar uniones a tope, a solape o en ángulo, y éstas a su vez se subdividen en distintos tipos.
La soldadura puede ser:
– Blanda. Los metales trabajan a temperaturas inferiores a los 450º C. Estas uniones se pueden doblar o curvar fácilmente. Sólo se usan en trabajos de lampistería y en las uniones de conductores en electrotécnia.
– Dura. Los metales trabajan a temperaturas superiores a los 450º C. Se emplea cuando la unión, además de ser maleable, ha de tener una gran resistencia.
4.1.- Conformado por puntos.
Es un procedimiento de soldadura por resistencia eléctrica. 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. Está sujeto a un alto grado de automatización.
4.2.- Conformado por electrodos.
Se caracteriza porque se produce un arco eléctrico entre la pieza a soldar y un electrodo metálico recubierto.
Con el calor producido por el arco, se funde el extremo del electrodo y se quema el revestimiento, transfiriéndose gotas del metal fundido desde el electrodo hasta el material de base.
El material de aportación que se usa es el electrodo, que consiste en una varilla metálica de acero, recubierto de un revestimiento concéntrico.
Es un proceso muy utilizado por su versatilidad en una amplia gama de aplicaciones. La selección de los electrodos tiene una influencia decisiva en la calidad y el coste de la soldadura.
4.3.- Conformado por hilo.
Es un proceso en el que el arco se establece entre un electrodo de hilo continuo y la pieza a soldar, estando protegido de la atmósfera circundante por un gas inerte o activo.
Puede ser: Semiautomático, automático o robotizado. La influencia de diversos factores condiciona notablemente el comportamiento del arco dando lugar a muy distintas formas de transferencia del metal.
Los productos de aporte son: los electrodos, llamados hilos por su diámetro reducido, y que están recubiertos de cobre, y los gases de protección, seleccionados acordes con los hilos.
4.4.- Conformación oxiacetilénica.
La soldadura a gas con soplete o soldadura autógena es el proceso más antiguo. Emplea para la fusión el calor procedente de una llama obtenida por la combustión de un gas. La temperatura de la llama debe sobrepasar el punto de fusión del metal a soldar, a causa de las inevitables pérdidas.
Este método utiliza fundentes, que tienen la misión de desprender del metal la capa de óxido y proteger la superficie brillante del metal contra nueva oxidación.
El gas empleado es el acetileno, que se obtiene mediante la acción del agua sobre el carburo de calcio.
CaC2 + 2H2O ® C2 H2+ Ca (OH)2
Los métodos operatorios en este tipo de soldadura son a izquierdas, que es el clásico, o a derechas, en el que se obtiene mayor velocidad y un cordón más estrecho.
5.- Arranque de material.
Este tipo de conformación se realiza partiendo de productos semielaborados, que ya han sufrido un proceso de elaboración, como moldeo, forja, laminación, etc.
Actualmente se tienden a producir, cada vez en mayor proporción, piezas totalmente terminadas por moldeo o deformación, pues teóricamente, la conformación por arranque de material resulta un procedimiento caro; sin embargo, es el único que permite realizar piezas con gran exactitud de medidas, razón por la que se sigue utilizando mucho.
Se realiza con ayuda de máquinas denominadas: máquinas- herramienta. Sus movimientos fundamentales son:
– el movimiento de corte, que es rápido,
– el de avance, más lento,
– el de penetración, mediante el cual se sitúa la herramienta en su posición de corte.
El movimiento relativo de pieza y herramienta provoca el arranque de una delgada capa de material en forma de viruta. Dentro de este tipo de conformación se distinguen distintas operaciones que vamos a ver a continuación.
5.1.- Torneado.
Consiste en conformar piezas de revolución, (cilindros, conos o esferas), mediante el trabajo en el torno.
El torno es la máquina-herramienta más importante, más extendida y de uso más universal en el mecanizado de piezas de revolución. Pertenece al grupo de máquinas en el que el movimiento principal de corte es circular, continuo. El movimiento de corte lo posee la pieza y el de avance la herramienta, que tiene filo único.
El torno consta de los siguientes elementos: la bancada, un cabezal fijo y otro móvil, y el carro. Además posee distintos tipos de herramientas, como son las cuchillas rectas, acodadas a derechas, a izquierdas, etc, que se adecuan a los diversos trabajos que se realizan con el torno: cilindrado, refrentado, roscado.
5.2.- Fresado.
Consiste en conformar piezas de las más variadas formas, (roscas, ranuras, dientes de engranajes …) mediante el trabajo en la fresadora.
La fresadora es una máquina-herramienta con movimiento de corte circular continuo. El movimiento de corte lo posee la herramienta y el de avance la herramienta o la pieza.
La herramienta es la fresa, que es un conjunto de cuchillas dispuestas circularmente, de tal forma que el contacto entre pieza y herramienta es intermitente. Tiene, por tanto, filo múltiple.
La fresadora consta de los siguientes elementos:
– cuerpo,
– husillo de fresar,
– mecanismo de avance,
– accionamiento principal.
Además posee distintos tipos de herramientas, como son las fresas de discos, las cilíndricas, las de espiga, etc., que se adecuan a los diversos trabajos que se realizan con la fresadora: generación de planos horizontales, verticales e inclinados, ranurado, etc.
5.3.- Taladrado.
Consiste en mecanizar agujeros cilíndricos, bien en piezas macizas o bien en piezas ya agujereadas, mediante el trabajo con la taladradora.
La taladradora es una máquina-herramienta con movimiento de corte circular continuo. El movimiento de corte lo posee la herramienta y el de avance la herramienta o la pieza.
La herramienta es la broca, de filo múltiple. La taladradora consta de los siguientes elementos:
– montante,
– carro del portabrocas,
– husillo de taladrar ,
– mesa de taladradora.
Existen también taladradoras portátiles.
Esta máquina posee distintos tipos de herramientas, como son los avellanadores cónicos, los helicoidales, los escariadores mecánicos, etc., que se adecúan a los diversos trabajos que se realizan con la taladradora, como pueden ser los de avellanado, escariado, taladrado, …
5.4.- 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,
– carro transversal.
En esta máquina se pueden realizar diversos trabajos propios de otras máquinas-herramienta, como son las operaciones de refrentado, fresado, roscado, etc., y consecuentemente empleando las más variadas herramientas: brocas, mandriles micrométricos, cuchillas, …
5.5.- 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, (agujeros de forma poligonal, estriados, etc.), mediante el trabajo con la brochadora.
La brochadora es una máquina-herramienta con movimiento de corte rectilíneo. Su herramienta es la brocha, de filo múltiple. El perfil final de esta herramienta debe coincidir con el de la pieza que se desea conformar. La fabricación de una brocha es de un alto costo, siendo económica únicamente para la producción en serie de gran número de piezas.
La brochadora consta de los siguientes elementos:
– mesa,
– dispositivo de sujeción,
– carro de arrastre.
Esta máquina posee herramientas con diversos perfiles, que se adecúan a las formas requeridas en las piezas.
5.6.- Rectificado.
Nace de la necesidad de corregir las deformaciones e irregularidades geométricas producidas en las piezas durante su elaboración. Consiste en arrancar material en forma de virutas muy pequeñas, mediante el trabajo con la rectificadora. Se pueden mecanizar superficies cilíndricas, cónicas, planas, etc.
Esta operación de rectificado se aplica normalmente a piezas que requieren una precisión considerable de forma y dimensiones, o en piezas de tal dureza que no es posible conformar por un procedimiento de arranque de viruta.
Las herramientas son las muelas abrasivas, de filo múltiple. Están constituidas por granos de abrasivos distribuidos por la periferia, aglomerados con un material adecuado. La dureza de los abrasivos debe ser superior a la de la pieza a mecanizar.
La rectificadora consta de los siguientes elementos:
– bancada,
– mesa,
– cabezal portapiezas,
– cabezal portamuelas ,
– contrapunto.
Esta máquina nos permite realizar las siguientes operaciones:
– Desbarbado, que no requiere precisión,
– afilado,
– rectificado,
– superacabado, que requiere una elevada precisión y las piezas han sido mecanizadas y tratadas térmicamente con anterioridad. Estas operaciones se realizan con granos bastos, medios y finos respectivamente. Entre las operaciones de superacabado más importantes están el bruñido y el lapeado.
6.- Acoplamientos.
Acoplar, unir, es juntar entre sí dos o más piezas. Los principales procedimientos para acoplar consisten en la formación de uniones que puedan soltarse o desmontarse, mediante tornillos, chavetas y clavijas, así como en la formación de uniones indesmontables, mediante remaches, pegamentos, falsas soldaduras y soldaduras. Las partes unidas indisolublemente sólo pueden separarse mediante destrucción del medio de unión.
Vamos a estudiar a continuación los elementos de unión más importantes.
6.1.- Atornillado.
Es el procedimiento más empleado en la construcción de máquinas con uniones desmontables. Para esto pueden estar dotadas las piezas de sendos agujeros pasantes y unirse mediante tornillos y tuercas, o puede tambi4n una parte de la unión llevar rosca interior en la cual se enrosca el tornillo.
Los tornillos pueden ser hexagonales, cilíndricos, de cabeza ranurada, espárragos, etc. Las tuercas pueden ser hexagonales, de mariposa, moleteadas, almenadas, etc.
Existen dispositivos de seguridad de los tornillos, cuya misión es dificultar su aflojamiento, y son: arandelas elásticas, tuercas almenadas, granetazos, etc.
6.2.- Chavetas y lengüetas.
Las chavetas constituyen el medio de unión desmontable entre dos piezas que deben transmitir algún esfuerzo. Son unas piezas que se intercalan entre otras dos impidiendo el desplazamiento relativo entre sí y además, una de las piezas transmite su fuerza a la chaveta y esta, a su vez, a la otra pieza.
Para que la unión sea posible, se mecanizan en las piezas unas ranuras para alojar a la chaveta, denominadas chaveteros.
Según sea la forma y el modo de trabajar, las chavetas se dividen en dos grupos:
– Transversales .
– Longitudinales, que a su vez pueden ser:
– en forma de cuña,
– engastadas,
– planas, etc.
Las lengüetas suelen ir fijas al chavetero del eje, ya sean atornilladas o ajustadas a presión. No impiden desplazamientos axiales de los elementos que lleva montados. Las lengüetas pueden ser de caras frontales redondas, rectas, de disco, etc.
6.3.- Remaches.
Mediante remachado se obtienen uniones que no pueden deshacerse, si no es mediante la destrucción del remache. Actualmente estas uniones son sustituidas muchas veces por uniones soldadas.
A las uniones remachadas se les exige distintas condiciones según la aplicación que tengan las piezas remachadas. Así, en las construcciones de acero, automóviles o grúas, se necesitan roblonaduras fuertes; en las de recipientes de gas o de líquidos, estancas; en las calderas de vapor y recipientes a presión, fuertes y estancas.
Los remaches pueden ser de cabeza redonda, redonda con borde, cónica, etc.
Además existen remaches para fines especiales, como son las clavijas-remache, los remaches para correas, etc., con formas de cabeza adecuadas a la aplicación del remache.
6.4.- Soldadura.
Esté tipo de unión ha sido explicado ampliamente en el apartado nº 4: Conformado por soldadura.
7.- Conclusión.
A modo de conclusión y para finalizar el tema, destacar la importancia de la conformación y unión de piezas en Tecnología.
A lo largo de este tema hemos podido observar cómo y con qué instrumentos podemos dar a las piezas una forma adecuada a su funcionamiento, y qué tipos de uniones podemos realizar con esas piezas.
Existen, además de todo lo explicado, otro tipo de conformaciones especiales, que por sus características de trabajo son muy distintas a las convencionales, o que aún no se han generalizado en la práctica industrial, como la electro-erosión o el láser.
Los avances tecnológicos han permitido la automatización, mediante la regulación y control automáticos de máquinas e instalaciones, de forma mecánica, eléctrica, hidráulica, etc.; bien sea control por guía, en el que la máquina palpa a una pieza patrón, o por programa, mediante la transmisión de impulsos. Es éste por tanto, un tema esencial para la consecución de mejoras en el proceso de fabricación, y en consecuencia, en el desarrollo industrial.