La fabricación de las piezas de material se realiza mediante operaciones de conformado. Con ellas se altera la geometría del material inicial de trabajo mediante distintos procedimientos, la mayoría de los cuales aplican calor, fuerza mecánica o combinación de ambas.
Métodos de fabricación de piezas metálicas:
Fundición
El material inicial se calienta lo suficiente para llevarlo a un estado líquido o a un estado altamente plástico (semifluido). Este material se vierte en una cavidad donde se solidifica, adoptando la forma de la misma.
La utilización de la fundición con respecto a otros procesos de fabricación se debe a ciertas ventajas, como:
- Permite la fabricación de piezas con formas complejas, incluso con huecos en su interior.
- Se trabaja tanto con piezas pequeñas como con piezas grandes y además, es adecuada para la producción en serie.
- Necesita pocas operaciones de fabricación adicionales. Una vez finalizado el proceso de fundición, el producto consigue la forma y dimensiones requeridas a la pieza (forma neta) o se le acerca bastante (forma casi neta).
- Emplea metales y aleaciones no aptos para conformado por deformación o soldadura.
- Como regla general, es más económico que el resto de procesos de fabricación.
Aunque también presenta inconvenientes que otros procesos no tienen:
- Limitaciones en las propiedades mecánicas de las piezas, como en la porosidad, en el acabado superficial, aunque estos dependen mucho del tipo de fundición utilizado.
- Riesgos laborales para el trabajador, principalmente en el manejo del material fundido.
- Problemas ambientales debidos a los gases emitidos a la atmósfera y en la toxicidad de ciertos materiales que podrían contaminar el suelo.
Procesado de partículas o pulvimetalurgia
Se parte de un polvo fino metálico o cerámico, que aunque sean materiales muy diferentes, su procesado es bastante similar. El polvo es prensado en una matriz a alta presión, adoptando la forma de la misma. Pero esta pieza carece de las características necesaria para su utilización, por lo que es necesario calentarla a una temperatura por debajo de su punto de fusión (sinterización) para que las partículas individuales se cohesionen adecuadamente.
Las ventas principales de la pulvimetalurgia son:
- Se produce con la forma final, o casi final, eliminando la necesidad de operaciones de acabado.
- No se producen apenas desperdicios, aprovechándose casi el 97% del producto inicial .
- Se pueden fabricar componentes con un nivel específico de porosidad.
- Permite el procesado de determinados materiales a los que no pueden aplicarse otros procedimientos.
- Permite obtener elevadas características dimensionales.
- Son procesos automatizables.
Por otro lado, presenta los siguientes inconvenientes:
- Los equipos y herramientas son muy costosos, por lo que son necesarios elevados niveles de producción.
- El coste del polvo metálico es muy elevado, así como su manipulación y almacenaje.
- Existen limitaciones de forma, debido a la dificultad en la fluencia del material.
- En ocasiones se presentan variaciones de densidad, sobre todo en el caso de geometrías complejas.
- El tamaño de las piezas debe ser reducido.
Procesos de deformación plástica
Un material dúctil se deforma por la aplicación de fuerzas que superan el límite del material a la deformación. La ductilidad del material es necesaria para evitar la rotura del mismo durante la deformación, y con objeto de aumentar esta propiedad se suele calentar el material de partida. Este tipo de procesos suele aplicarse a metales, incluyéndose los procesos sobre chapa metálica.
El metal caliente está en estado plástico y es conformado rápidamente por presión. Este tipo de trabajo tiene las varias ventajas:
- La porosidad en el metal es considerablemente eliminada. La mayoría de los lingotes fundidos contienen muchas sopladuras pequeñas. Estas son prensadas y a la vez eliminadas por la alta presión de trabajo.
- Las impurezas en forma de inclusiones son destrozadas y distribuidas a través del metal.
- Las propiedades físicas generalmente se mejoran, principalmente debido al refinamiento del grano. Se desarrolla una gran homogeneidad en el metal. La mayor resistencia del acero laminado existe en la dirección del flujo del metal.
- La cantidad de energía necesaria para cambiar la forma es mucho menor que la requerida cuando se realiza en frío.
En cuanto a inconvenientes, todos los procesos de trabajo en caliente presentan algunos que no pueden ignorarse:
- Debido a la alta temperatura, existe una rápida oxidación de la superficie, lo cual conlleva un pobre acabado superficial.
- No pueden mantenerse tolerancias estrechas.
- El equipo para trabajo en caliente y los costos de mantenimiento son altos, pero el proceso es económico comparado con el trabajo de metales a bajas temperaturas.
Mecanizado
Procesos de eliminación de material, mediante los cuales se quita el exceso de material a la pieza de partida para obtener la geometría final. Los procesos tradicionales son el torneado, fresado, etc., aplicados sobre metales sólidos, utilizando herramientas de corte y abrasión de materiales más duros que la pieza de trabajo. Sin embargo existen procesos dentro de esta categoría que emplean rayo láser, haces de electrones, erosión química o descargas eléctricas.
Como todos los procesos de fabricación, el mecanizado tiene sus ventajas:
- Amplia gama de materiales de trabajo.
- Variedad de formas y características geométricas.
- Precisión dimensional con tolerancias muy estrechas de menos de 0,025 mm
- Acabados superficiales de calidad. acabados superficiales incluso mejores de 0,4 micrómetros
Así como ciertos inconvenientes:
- Desperdicio de material.
- Consumo de tiempo.
- Peores propiedades mecánicas que deformación plástica.
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