Un proceso de fabricación es el conjunto de operaciones unitarias necesarias para modificar las
características de las materias primas. Dichas
características pueden ser de naturaleza muy variada tales como la forma, la
densidad, la resistencia, el tamaño o la estética. Se realizan en el ámbito de
la industrial.
Distinguimos varios tipos de procesos fabriles:
1. Calderería.
2. Conformado frió manual.
3. Estampación.
4. Extrusión.
5. Forjado.
6. Fundición.
7. Inyección.
8. Laminado.
9. Mecanizado con arranque de viruta.
10. Sintetizado.
11. Tratamientos térmicos.
12. Trefilado.
A continuación explicare cada uno
de ellos.
1. CALDERERIA
La calderería es una
especialidad profesional de la fabricación mecánica que tiene como
función principal la construcción de depósitos aptos para el almacenaje y transporte
de sólidos en forma de granos o áridos, líquidos
y gas; así como todo tipo de construcción naval y estructuras metálicas.
Muchos de estos depósitos reciben el nombre
de silos y cisternas. El material más común que se trabaja en
calderería es el acero laminado y vigas en diferentes aleaciones, formas y
espesores.
Los ejemplos más significativos de
construcción en calderería son: la Torre Eiffel, el puente colgante
de Vizcaya, la estructura que sustenta el Museo Guggenheim Bilbao, etc. Y
en construcción naval: petroleros, gaseros, etc.
EQUIPOS DE CORTE
Cizallas.
Sierras.
Oxicorte y corte por plasma.
EQUIPOS DE CURVADO
Curvadora de chapa.
Curvadora de perfiles.
Curvadora de precisión para
tubos.
EQUIPOS DE PLEGADO
Plegadoras.
EQUIPOS DE MECANIZADO
Torno y fresadora.
Taladros de columna.
Roscadora de brazo
articulado.
EQUIPOS DE SOLDADURA
Maquinas semiautomaticas de
hilo.
Maquinas de arco eléctrico.
Maquinas de soldadura TIG.
2. CONFORMADO FRIO MANUAL.
Hoy en día, los productos de metal duro
son indispensables para el conformado en frío. Aunque sea posible templar el
acero, a partir de un determinado límite de carga sus propiedades son, sin
embargo, simplemente insuficientes.
El conformado en frío es empleado a nivel
mundial para fabricar los productos más diversos. Clavos, tornillos, bulones,
tubos de cobre, botellas de aluminio, cord metálico para neumáticos etc.
También la mayoría de los objetos metálicos de uso doméstico se producen
mediante este método: mangos, bisagras, elementos de unión, listones y
utensilios de cocina.
El concepto del conformado en frío
comprende todos los métodos de fabricación que permiten deformar plásticamente
(a temperatura ambiente y ejerciendo una presión elevada) metales o aleaciones
de metales tales como cobre, aluminio o latón, pero sin modificar el volumen,
el peso o las propiedades esenciales del material.
Durante el conformado en frío la materia
prima recibe su nueva forma mediante un proceso que consta de diferentes etapas
de deformación. De tal manera se evita que se exceda la capacidad de
deformación del material y por lo tanto su rotura.
3. ESTAMPACION
La estampación es un tipo
de proceso de fabricación por el cual se somete un metal a
una carga de compresión entre dos moldes. La carga puede ser
una presión aplicada progresivamente o una percusión, para lo
cual se utilizan prensas y martinetes.
Los moldes,
son estampas o matrices de acero, una de ellas
deslizante a través de una guía (martillo o estampa
superior) y la otra fija (yunque o estampa inferior).
Hay dos tipos de estampación:
ESTAMPACION EN CALIENTE
Este tipo de Estampación se
realiza con el material a mayor temperatura que la temperatura de
recristalización. El producto obtenido tiene
Menor precisión dimensional y Mayor rugosidad que cuando se trabaja en frío,
pero es posible obtener mayores deformaciones en caliente.
ESTAMPACION EN FRIO
La estampación en frío se
realiza con el material a menor temperatura que la temperatura de recristalización,
por lo que se deforma el grano durante el proceso, obteniendo anisotropía en la
estructura microscópica.
Suele aplicarse a piezas de
menor espesor que cuando se trabaja en caliente, usualmente chapas o láminas de
espesor uniforme.
Las principales operaciones
de estampación en frío son:
-Troquelación: punzonado
(realización de agujeros), corte (separación de piezas de una chapa) o acuñación.
-Embutición: obtención de
cuerpos huecos a partir de chapa plana.
-Deformación por flexión
entre matrices: curvado, plegado o arrollado.
Los materiales utilizados en la estampación en frío son dúctiles y maleables, como el acero de baja aleación, las aleaciones de aluminio, el latón, la plata y el oro.
Un claro ejemplo empresarial
de estampación lo tenemos muy cerca, es la fabrica de ORAN, situada en
Santander la cual los alumnos de sua1 visitamos hace poco.
4. EXTRUSION
Mediante el proceso de
extrusión pueden obtenerse productos de diversas formas. En el caso de los
metales, tales como aluminio o acero, se vacían en moldes de distintas formas;
pueden laminarse entre rodillos, o efectuar el conformado de piezas, o por
empuje, ejerciendo presión y haciendo pasar la materia prima a través de dados
para que adquieran la forma deseada.
La extrusión en prensa se
realiza mediante la conformación de la pieza por deformación plástica. El metal
es sometido a moldeado en frío o caliente, y por compresión en un recipiente
cerrado en un extremo, con una matriz que posee un orificio, y por el otro, un
disco macizo denominado disco de presión.
El metal puede someterse al
esfuerzo de compresión de dos modos distintos:
-Por disco de presión
-Por matriz.
En caso de realizarse con
disco, se lo denomina extrusión directa, cuando se realiza por matriz, se lo
denomina extrusión inversa.
Requisitos de la Materia
Prima para Extrusión
Para efectuar el
procedimiento de extrusión, un elemento debe satisfacer tres requisitos
fundamentales:
-Lograr reunir la materia
prima continuamente en estado sólido y fundido.
-Fundir en forma continua la
materia prima.
-Conseguir homogeneidad de
la materia prima en forma física y térmica.
Extrusión de plásticos
El material plástico se
obtiene de la reacción química de derivados del petróleo y se moldea a través
de presión o de calor.
El plástico se conforma
dentro de una máquina extrusora que va procesando las piezas en forma continua.
La extrusora posee un transportador de tornillo helicoidal.
El polímero (materia prima)
se transporta desde la tolva a través de una cámara de calentamiento llegando
hasta la boca de descarga en forma continua. Al emerger el polímero, que
ingresa en forma de gránulos sólidos, sale de la matriz en estado blando
adoptando la forma. Luego se corta lo producido
a la medida necesaria.
5. FORJADO
El forjado fue el primero de
los procesos del tipo de compresión indirecta y es
probablemente el método más
antiguo de formado de metales. Involucra la aplicación de esfuerzos de
compresión que exceden la resistencia de fluencia del metal.
En este proceso de formado
se comprime el material entre dos dados, para que tome la forma deseada.
Existen tres tipos de operación de forjado:
-En el Forjado a dado
abierto el material se comprime entre dos planos,
permitiendo que el material
fluya sin restricción es sus caras laterales.
-En el Forjado en dado
impresor, el dado de comprensión ejerce fuerza sobre
la superficie de la pieza,
haciendo que esta tome la forma del dado. A pesar
de que aumenta la
restricción en el metal, es posible que este fluya más allá
del dado impresor lo que
causa un exceso de material (rebaba).
-En el Forjado sin rebaba el
dado restringe completamente el material dentro
de la cavidad y no se
produce rebaba excedente.
La mayoría de operaciones de
forjado se realiza en caliente, dada la deformación demandada en el proceso y
la necesidad de reducir la resistencia e incrementar la ductilidad del metal.
Sin embargo este proceso se puede realizar en frío, la ventaja es la mayor
resistencia del componente, que resulta del endurecimiento por deformación.
6.
Se denomina fundición al
proceso de fabricación de piezas, comúnmente metálicas pero también de
plástico, consistente en fundir un material e introducirlo en una cavidad,
llamada molde, donde se solidifica.
El proceso más común es la
fundición en arena, por ser ésta un material refractario muy abundante en la
naturaleza y que, mezclada con arcilla, adquiere cohesión y moldeabilidad sin
perder la permeabilidad que posibilita evacuar los gases del molde al tiempo
que se vierte el metal fundido.
La fundición en arena
consiste en colar un metal fundido, típicamente aleaciones de hierro, acero,
bronce, latón y otros, en un molde de arena, dejarlo solidificar y
posteriormente romper el molde para extraer la pieza fundida.
Para la fundición con metales
como el hierro o el plomo, que son significativamente más pesados que el molde
de arena, la caja de moldeo es a menudo cubierta con una chapa gruesa para
prevenir un problema conocido como "flotación del molde", que ocurre
cuando la presión del metal empuja la arena por encima de la cavidad del molde,
causando que el proceso no se lleve a cabo de forma
satisfactoria.
7.
El moldeo por inyección es
un proceso semicontinuo que consiste en inyectar un polímero, cerámico o un
metal en estado fundido en un molde cerrado a presión y frío, a través de un
orificio pequeño llamado compuerta.
En ese molde el material se
solidifica, comenzando a cristalizar en polímeros semicristalinos. La pieza o
parte final se obtiene al abrir el molde y sacar de la cavidad la pieza
moldeada.
Un ejemplo de productos
fabricados por esta técnica son los famosos bloques interconectables lego y
juguetes playmobil, así como una gran cantidad de componentes de automóviles,
componentes para aviones y naves espaciales.
El diseño actual de la
máquina de moldeo por inyección ha sido influido por la demanda de productos
con diferentes características geométricas, con diferentes polímeros
involucrados y colores. Además, su diseño se ha modificado de manera que las
piezas moldeadas tengan un menor costo de producción, lo cual exige rapidez de
inyección, bajas temperaturas, y un ciclo de moldeo corto y preciso.
La función principal de la
unidad de inyección es la de fundir, mezclar e inyectar el polímero. Para
lograr esto se utilizan husillos de diferentes características según el
polímero que se desea fundir.
El estudio del proceso de
fusión de un polímero en la unidad de inyección debe considerar tres
condiciones termodinámicas:
-Las temperaturas de
procesamiento del polímero.
-La capacidad calorífica del
polímero.
-El calor latente de fusión,
si el polímero es semicristalino.
8. LAMINADO
El laminado es un proceso en
el que se reduce el espesor de una pieza larga a través de fuerzas de
compresión ejercidas por un juego de rodillos, que giran apretando la pieza
entre ellos.
El resultado del laminado
puede ser la pieza terminada (por ejemplo, el papel
aluminio utilizado para la
envoltura de alimentos), y en otras, es la
materia prima de procesos
posteriores, como el troquelado, el doblado y la embutición.
Generalmente el laminado se
realiza en caliente.
Este proceso comienza con
una colada continua en donde se recalienta el acero en un foso de
termodifusión, luego el acero pasa por una serie de rodillos que desbastan el
material (proceso laminado) y finalmente la lámina es almacenada en rollos.
9. MECANIZADO CON ARRANQUE
DE VIRUTA
El mecanizado es un proceso
de fabricación que comprende un conjunto de operaciones de conformación de
piezas mediante la eliminación de material, ya sea por arranque de viruta o por
abrasión.
El mecanizado con arranque
de viruta:
El material es arrancado o
cortado con una herramienta dando lugar a un desperdicio o viruta.
La herramienta consta,
generalmente, de uno o varios filos o cuchillas que separan la viruta de la
pieza en cada pasada.
En el mecanizado por
arranque de viruta se dan procesos de desbaste (eliminación de mucho material
con poca precisión; proceso intermedio) y de acabado (eliminación de poco
material con mucha precisión; proceso final cuyo objetivo es el de dar el
acabado superficial que se requiera a las distintas superficies de la pieza).
Sin embargo, tiene una
limitación física: no se puede eliminar todo el material que se quiera porque
llega un momento en que el esfuerzo para apretar la herramienta contra la pieza
es tan liviano que la herramienta no penetra y no se llega a extraer viruta.
10. SINTETIZADO
Sintetizado es el
tratamiento térmico de un polvo o compactado metálico o cerámico a una
temperatura inferior a la de fusión de la mezcla, para incrementar la fuerza y
la resistencia de la pieza creando enlaces fuertes entre las partículas.
En la fabricación de
cerámicas, este tratamiento térmico transforma un producto en polvo en otro
compacto y coherente.
La sinterización se utiliza
de modo generalizado para producir formas cerámicas de alúmina, berilia,
ferrita y titanatos.
En la sinterización las
partículas coalescen por difusión al estado sólido a muy altas temperaturas,
pero por debajo del punto de fusión ovitrificación del compuesto que se desea
sinterizar.
En el proceso, se produce
difusión atómica entre las superficies de contacto de las partículas, lo que
provoca que resulten químicamente unidas.
Fases de sinterizacion: para
la fabricación de una pieza mediante sinterizado se siguen las siguientes
etapas:
-Obtención del polvo
-Preparación del polvo
-Compactación
-Sinterización
-Acabado de la sinterización
11. TRATAMIENTOS TERMICOS
Se conoce como tratamiento
térmico al conjunto de operaciones de calentamiento y enfriamiento, bajo
condiciones controladas de temperatura, tiempo de permanencia, velocidad,
presión, de los metales o las aleaciones en estado sólido, con el fin de
mejorar sus propiedades mecánicas, especialmente la dureza, la resistencia y la
elasticidad.
Los materiales a los que se
aplica el tratamiento térmico son, básicamente, el acero y la fundición,
formados por hierro y carbono. También se aplican tratamientos térmicos
diversos a los cerámicos.
12. TREFILADO
Se entiende por trefilar a
la operación de conformación en frío consistente en la reducción de sección de
un alambre o varilla haciéndolo pasar a través de un orificio cónico practicado
en una herramienta llamada hilera o dado.
Los materiales más empleados
para su conformación mediante trefilado son el acero, el cobre, el aluminio y
los latones, aunque puede aplicarse a cualquier metal o aleación dúctil.
Dependiendo de la longitud y
el diámetro de las barras a trabajar, varían las reducciones que se pueden
llegar a obtener mediante este proceso.
A las barras de hasta 15 mm de diámetro o mayores,
se les suele dar una ligera pasada para mejorar el acabado superficial y las
tolerancias dimensionales reduciendo su diámetro hasta 1,5 mm .
En otros tamaños más
pequeños, se puede llegar a conseguir reducciones del 50%, y en otros alambres
de hasta el 90% en pasadas sucesivas, partiendo en un estado del material de
recocido y antes de que necesite un nuevo recocido con el fin de eliminar su
acritud.
Se fabrican alambres de
hasta 0,025 mm y menores, variando el número de hileras por los que pasa el
alambre y con varios recocidos de por medio.
La disminución de sección en
cada paso es del orden de un 20% a un 25% lo que da un aumento de resistencia
entre 10 y 15 kg/mm2.
Pero alcanzado cierto
límite, variable en función del tipo de acero, no es aconsejable continuar con
el proceso de trefilado pues, a pesar que la resistencia a tracción sigue
aumentando, se pierden otras características como la flexión.
Las ventajas que aporta el
trefilado propias del conformado en frío son las siguientes: buena calidad
superficial, precisión dimensional, aumento de resistencia y dureza, y por
supuesto la posibilidad de producir secciones muy finas.
Las diferentes operaciones
que se realizan durante este proceso son:
-Patentado: tratamiento
térmico que consiste en calentar el alambre hasta 950 °C, y una vez alcanzada
dicha temperatura; enfriarlo bruscamente en un baño de plomo a 500 °C. Este
tratamiento tiene por objeto dar al alambre una estructura dúctil que permite
el trefilado.
-Decapado: consiste en
preparar y limpiar el material, eliminando el óxido que puede haberse formado
en las superficies del material, en laminaciones anteriores. Normalmente se
hace mediante ataques químicos y posteriormente se realiza una limpieza con
agua a presión.
-Trefilado: los lubricantes
y diferentes máquinas son los factores principales. Se suele utilizar de
lubricantes la parafina y el grafito en solución coloidal o finamente dividido.
-Acabado: una vez que ya ha
salido el material de la hilera, se le somete a operaciones de enderezamiento,
eliminación de tensiones y, a veces, algunos tratamientos isotérmicos para
conseguir mejoras en las características mecánicas del producto.
Las máquinas utilizadas para
realizar este proceso se denominan trefiladoras. En ellas se hace pasar el
alambre a través de las hileras, como se ha descrito anteriormente. Para
lograrlo el alambre se enrolla en unos tambores o bobinas de tracción que
fuerzan el paso del alambre por las hileras. Estas hileras se refrigeran
mediante agua y las bobinas o tambores de tracción se refrigeran normalmente
con agua y aire. Las trefiladoras pueden ser de acumulación en las que no hay
un control de velocidad estricto entre pasos o con palpadores en las que sí se
controla la velocidad al mantener el palpador una tensión constante.
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