PROCESOS DE CONFIGURACION DE MATERIALES. Procesos de Manufactura Director de curso: Ing. Alberto Pernett

Transcripción

1 PROCESOS DE CONFIGURACION DE MATERIALES Procesos de Manufactura Director de curso: Ing. Alberto Pernett

2 ÍNDICE 1. CONFORMADO POR MOLDEO 2. CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLASTICA 3. METALURGIA DE POLVOS

3 MATERIAL Soldadura Conformación por pulvimetalurgia o Conformación por moldeo y fundición o Conformación por deformación plástica Maquinado de la pieza Forja Extrusión Laminado Trefilado Torno Fresado Cepillado Taladrado Aserrado Tratamientos térmicos

4 1. PROCEDIMIENTOS DE FABRICACIÓN POR MOLDEO El moldeo es una técnica que consiste en calentar el material hasta su punto de fusión y, en ese momento, verterlo en un molde con la forma de la pieza que se desea obtener.

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6 Construcción del modelo Fabricación del molde Fusión y Colada Desmoldeo Acabado Una vez que se ha realizado el diseño de la pieza que se desea fabricar, es necesario construir un modelo, de madera o yeso. A partir del modelo se construye el molde, que puede ser de arena o en coquilla; si la pieza es hueca es preciso fabricar machos, que son la piezas que recubren los huecos interiores. El proceso de llenado del molde se llama colada. El desmoldeo consiste en extraer la pieza del molde.

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8 Fabricación del molde Aspectos a tener en cuenta en la fabricación de moldes: Capacidad el material para soportar las temperaturas del colado (capacidad refractaria del material). Capacidad de transferir con exactitud las dimensiones y detalles del molde. Permeabilidad: Permitir que el aire y gases escapen. Resistencia: Soportar la presión estática y dinámica del metal liquido. Facilidad de colapso: Permitir la contracción de la fundición. Facilidad de fluir: La arena deberá compactarse a profundidad y fluir alrededor del modelo, también influye el tamaño de grano de arena, humedad y arcilla añadida.

9 Materiales para moldes Arenas aglomeradas: Pequeñas series de piezas complejas Metales (coquillas): Grandes series de piezas sencillas Moldeo en arena Consiste en la confección de un molde elaborado con arena preparada con aglomerantes (arcillas de sílice o caolín, cementos o resinas sintéticas). El inconveniente fundamental del moldeo en arena es la necesidad de fabricar un molde por cada pieza fundida. Cuando el número de piezas a fabricar es muy elevado se utilizan moldes metálicos denominados coquillas. Moldeo en coquilla: El metal es mejor conductor del calor que la arena. De este modo, la velocidad de enfriamiento de la pieza será mayor y, con ello, la estructura y propiedades mecánicas finales serán mejores.

10 Moldeo por presión. Se lleva a cabo introduciendo la masa metálica fundida en el interior del molde forzando la entrada en el mismo. En este método se emplean moldes permanentes. 1. Moldeo por fuerza centrífuga: El molde gira alrededor de un eje que puede ser horizontal o vertical, con lo que la fuerza centrífuga obliga al metal fundido a rellenar todas las cavidades del mismo. Se emplea fundamentalmente para moldear piezas de revolución, presentando además, la ventaja de que pueden obtenerse piezas de menor espesor que las que se obtienen por gravedad. Las piezas presentan menos grietas y oquedades. Por el contrario, los moldes resultan caros, ya que deben ser más gruesos debido a las presiones elevadas que deben soportar. 2. Moldeo por inyección: Es el moldeo a presión propiamente dicho. El metal se inyecta en el molde por medio de una máquina. La inyección puede hacerse por medio de un émbolo o usando aire comprimido. Los moldes son similares a las coquillas, aunque se suelen denominar matrices. Este método presenta la ventaja de que pueden fabricarse piezas de formas complicadas de una manera bastante económica y de gran precisión. Además, las piezas resultan limpias y sin defectos.

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16 TECNICAS DE MOLDEO Y FUNDICION DE METALES Fundición en arena: Consiste en colocar un modelo con la forma de la pieza deseada en arena para crear una impresión, incorporar un sistema de alimentación, llenar la cavidad resultante de metal fundido, dejar que el metal se enfríe hasta que se solidifique, romper el molde de arena y retirar la fundición. Utiliza mayormente arena de sílice puesto que es económica y de gran resistencia a altas temperaturas, utilizándose preferentemente la arena de lago (sintética), Comúnmente se la acondiciona antes de su uso mediante aditivos tales como arcilla (aglutinante), arenas de zirconio (ZrSiO4), olivino (Mg2Si04), silicato de hierro (Fe2Si04) y cromita (FeCr204).

17 TECNICAS DE MOLDEO Y FUNDICION DE METALES Fundición en moldeo en cáscara: La fundición en molde consiste en calentar el modelo sobre un metal ferroso o de aluminio ( C) recubierto con un agente separador (silicón) y sujeto a una cámara que contiene arena fina con 2,4 a 4 % de aglutinante de resina termoestable la cual recubre el modelo (por volteo o soplado). Este conjunto se coloca dentro de un horno para completar el curado de la resina. Este proceso puede producir muchos tipos de fundición con estrecha tolerancias dimensionales y un buen acabado superficial. Fundición en modelo consumible: El proceso de fundición de modelo consumible utiliza en modelo de poliestireno, el cual se evapora en contacto con el metal fundido para forma una cavidad para la fundición. Para ello se colocan perlas de poliestireno crudo desechable con 5 a 8 % de pentano en un dado precalentado (de aluminio) dejando que se expanda y tome la forma de la cavidad del dado y se aplica más calor a fin de fundir y unir las perlas entre sí. El modelo así obtenido se coloca en una caja de moldeo junto con arena compactada y sin retirarlo se vacía el metal fundido en el molde la cual vaporiza el modelo. Fundición en molde de yeso: La fundición en molde de yeso emplea sulfato de calcio con la adición de talco y harina de sílice para mejorar la resistencia del molde y controlar el tiempo requerido para el curado del yeso. Estos componentes se mezclan con agua y el barro resultante en vaciado sobre el modelo. Las piezas obtenidas tienen detalles finos con un buen acabado superficial, presenta una estructura de grano más uniforme y con menos deformación por lo que se conoce como fundición de precisión y se utiliza únicamente para aluminio, magnesio, zinc y algunas aleaciones en base a cobre.

18 TECNICAS DE MOLDEO Y FUNDICION DE METALES Fundición en molde cerámico: El proceso de fundición en molde cerámico es similar al proceso de molde de yeso, con la excepción queutiliza materiales refractarios para el molde haciéndolo adecuado para aplicaciones de altas temperaturas. Las piezas que típicamente se fabrican son impulsores, cortadores para operaciones de maquinado, dados para trabajo en metal y moldes para la fabricación de componentes de plástico o de hule. Fundición por revestimiento: En el proceso de fundición por revestimiento, el modelo es revestido con un material refractario (sílice fina) y presenta la ventaja de ser reutilizables. Este proceso resulta adecuado para la fundición de aleaciones de alto punto de fusión con un buen acabado superficial y tolerancias dimensionales. Las piezas típicas que se fabrican son componente para equipo de oficina así como componentes mecánicos como engranes, levas, válvulas y trinquetes. Fundición al vacío: En la fundición al vacío se reduce la presión del aire en el interior del molde a aproximadamente dos terceras partes de la presión atmosférica, lo que permite la succión del metal fundido en las cavidades del molde que es sujeto con un brazo robótico y es sumergido parcialmente en el metal fundido que se encuentra en un horno de inducción. Este proceso es adecuado para formas complejas de pared delgada con propiedades uniformes. Usualmente involucran metales reactivos tales como aluminio, titanio, zirconio y hafnio.

19 TECNICAS DE MOLDEO Y FUNDICION DE METALES Fundición en molde permanente: En la fundición en molde permanente los moldes se fabrican de hierro colado, acero, bronce, grafito o aleaciones de metal refractario recubiertos por un barro refractario o grafito a fin de incrementar la vida útil. Estos son calentados antes del vaciado del metal fundido para facilitar el flujo y reducir el daño por gradiente térmico. Las piezas típicas fabricadas son pistones automotrices, cabezas de cilindro, las bielas, los discos para engranes y utensilios de cocina. Fundición a presión: En este proceso el metal fundido es obligado a fluir hacia arriba por presión de gas en un molde de grafito o de metal y es mantenida hasta que el metal se haya solidificado totalmente dentro del molde.

20 TECNICAS DE MOLDEO Y FUNDICION DE METALES Fundición centrífuga: La fundición centrífuga (ver figura 15) utiliza la fuerza de inercia causada por la rotación para distribuir el metal fundido en las cavidades del molde la cual puede clasificarse como: Fundición centrífuga verdadera: se producen piezas cilíndricas de buena calidad, precisión dimensional y detalle superficial tales como bujes, camisas de cilindro de motos y anillos de cojinete. Fundición semicentrífuga: Se utiliza para colar piezas con simetría rotacional. Centrifugados: el metal fundido se vacía sobre el eje de rotación y es obligado a pasar por el molde debido a la fuerza centrífuga.

21 TECNICAS DE MOLDEO Y FUNDICION DE METALES Fundición con moldes de CO2: En este tipo de moldes la arena verde se mezcla con silicato de sodio para posteriormente ser apisonada alrededor del modelo. Una vez armado el molde se inyecta bióxido de carbono a presión con lo que reacciona el silicato de sodio aumentando la dureza del molde. Con la dureza adecuada de la arena del molde se extrae el modelo, si este fuera removible, para posteriormente ser cerrado y utilizado.

22 2. PROCESOS DE CONFORMADO POR DEFORMACION PLASTICA Los procesos de conformado de metales comprenden un amplio grupo de procesos de manufactura, en los cuales se usa la deformación plástica para cambiar las formas de las piezas metálicas. En los procesos de conformado, las herramientas, usualmente dados de conformación, ejercen esfuerzos sobre la pieza de trabajo que las obligan a tomar la forma de la geometría del dado.

23 Curva de Esfuerzo vs Deformación Debido a que los metales deben ser conformados en la zona de comportamiento plástico, es necesario superar el límite de fluencia para que la deformación sea permanente. Por lo cual, el material es sometido a esfuerzos superiores a sus límites elásticos, estos límites se elevan consumiendo así la ductilidad.

24 Trabajo en frio Se refiere al trabajo a temperatura ambiente o menor. Este trabajo ocurre al aplicar un esfuerzo mayor que la resistencia de cedencia original de metal, produciendo a la vez una deformación. Características Mejor precisión Menores tolerancias Mejores acabados superficiales Mayor dureza de las partes Requiere mayor esfuerzo

25 Trabajo en caliente Se define como la deformación plástica del material metálico a una temperatura mayor que la de recristalización. La ventaja principal del trabajo en caliente consiste en la obtención de una deformación plástica casi ilimitada, que además es adecuada para moldear partes grandes porque el metal tiene una baja resistencia de cedencia y una alta ductilidad. Características Mayores modificaciones a la forma de la pieza de trabajo Menores esfuerzos Opción de trabajar con metales que se fracturan cuando son trabajados en frío

26 Clasificación de los procesos de conformado

27 Forja La forja es un procedimiento de conformación plástica que se aplica a los metales, normalmente en caliente, y que consiste en darles forma sometiéndolos a esfuerzos violentos de compresión, que pueden ser repetitivos o continuos.

28 Extrusión Es un proceso continuo para conformar los metales y las aleaciones, haciéndolos fluir a presión por medio de un émbolo.

29 Es un proceso de conformación plástica en el metal se deforma a pasar entre dos cilindros superpuestos que giran en sentidos contrarios. Laminación

30 Trefilado o estirado de alambre Consiste en reducir el grosor de un producto metalúrgico (una barra de metal dúctil, alambre laminado ) haciéndolo pasar, mediante tracción, por unos agujeros calibrados.

31 3. METALURGIA DE POLVOS La pulvimetalurgia es un proceso de conformación metálica, como la forja, o el moldeo. Esta técnica presenta un control dimensional muy exacto. La pulvimetalurgia abarca las etapas comprendidas desde la obtención de polvos metálicos hasta las piezas acabadas, es decir, producción de polvos, mezcla, aglomeración, sinterización y acabado.

32 PULVIMETALURGIA: PROCESO DE FABRICACIÓN El proceso de fabricación de piezas metálicas sinterizadas comprende una serie de fases de producción que tiene como objetivo, dotar a la pieza de todas las características técnicas (geometría, tolerancias, resistencia, fuerza, acabado superficial...) que se han definido en su estudio previo, para cumplir las exigencias a las que deberán estar sometidas las piezas. 21/09/

33 PULVIMETALURGIA: ETAPAS DE FABRICACIÓN MATERIA PRIMA Los polvos metálicos y sus aditivos son adquiridos a empresas o compañías (altamente especializadas) y de reconocido prestigio, homologadas por organismos internacionales. MEZCLADO Los distintos componentes de la materia prima son dosificados informáticamente e introducidos en el mezclador, con el fin de obtener una mezcla homogénea de todos sus componentes

34 COMPACTADO Se realiza en prensas automáticas a temperatura ambiente utilizando utillajes especiales, a una cadencia entre 200 a piezas hora dependiendo de su complejidad y volumen. En esta operación el polvo metálico adquiere la forma del molde y una resistencia en verde que permite una manipulación dentro de la planta. SINTERIZADO Las piezas compactadas se someten a un tratamiento térmico, en hornos de atmósfera controlada, consiguiendo una cristalización en estado sólido denominada sinterización. Durante este proceso de sinterización las piezas compactadas adquieren sus propiedades físicas y sufren unas ligeras alteraciones dimensionales. 21/09/

35 CALIBRADO Cuando las exigencias dimensionales y de acabado superficial son elevadas, las piezas sinterizadas son sometidas a la operación de calibrado, consistente en una deformación plástica, a altas presiones. Con este procedimiento se le da la pieza un acabado superficial superior al de las superficies rectificadas y unas tolerancias dimensionales que varían dependiendo de la resistencia, dureza y complejidad geométrica de la pieza. IMPREGNACIÓN EN ACEITE En función de las exigencias de la pieza, el proceso puede cumplimentarse con la impregnación en aceite (casquillos autolubricados) o para prevenir y proteger a las piezas contra la oxidación. 35

36 MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCION