Metalurgia

La deformación plástica consiste en utilizar calor o presión para aumentar la conductividad mecánica de una pieza. Históricamente, este proceso, junto con la fundición, era realizado por herreros, aunque hoy en día se ha industrializado. En el conformado de metales en masa, la pieza generalmente se calienta.

• Tamaño en frío
• Extrusión
• Dibujo
• Forja
• metalurgia de polvos
• Perforación por fricción
• Laminación
• Pulido

Este tipo de procesos de conformado implican la aplicación de fuerza mecánica a temperatura ambiente. Sin embargo, algunos desarrollos recientes incluyen el calentamiento de matrices y/o piezas. Los avances en la tecnología de mecanizado automatizado han hecho posible el estampado progresivo, un método que puede abarcar el punzonado, el acuñado, el doblado y otras formas que modifican el metal a menor costo y generan menos desperdicio. ^{[ 20 ]}

• Doblado
• Acuñación
• Descompresión
• Extracción profunda (DD)
• Formación de pliegues ^{[ 21 ]}
• Hidroconformado (HF)
• Conformado de gas de metal caliente
• Endurecimiento por prensado en caliente ^{[ 22 ]}
• Formación incremental (FI)
• Hilado , conformado por cizallamiento o conformado por flujo

  

• Planchado
• Levantamiento
• conformado por rodillos
• doblado de rodillos
• Repujado y cincelado
• Formación de almohadillas de goma
• Cizallamiento
• Estampado
• Conformado superplástico (SPF)
• Conformado con rueda inglesa (máquina de conformado)

No se recomienda el uso de una amoladora angular para cortar, ya que genera grandes cantidades de chispas y humos nocivos (y partículas ) en comparación con el uso de una sierra recíproca o una sierra de cinta . ^{[ 23 ]} Las amoladoras angulares producen chispas al cortar metales ferrosos. También producen virutas al cortar otros materiales.

El fresado es el conformado complejo de metales u otros materiales mediante la eliminación de material para formar la forma final. ^{[ 24 ]} Generalmente se realiza en una fresadora , una máquina accionada por motor que en su forma básica consta de una fresa que gira alrededor del eje del husillo (como un taladro ) y una mesa de trabajo que puede moverse en múltiples direcciones (generalmente en dos dimensiones [ejes x e y] con respecto a la pieza de trabajo). El husillo generalmente se mueve en el eje z. ^{[ 25 ]} Es posible elevar la mesa (donde descansa la pieza de trabajo). Las fresadoras pueden operarse manualmente o bajo control numérico computarizado (CNC) y pueden realizar una gran cantidad de operaciones complejas, como corte de ranuras, cepillado , taladrado y roscado , ranurado , fresado , etc. ^{[ 26 ] [ 27 ]} Dos tipos comunes de fresadoras son la fresadora horizontal y la fresadora vertical. ^{[ 28 ] [ 29 ]}

Las piezas producidas suelen ser objetos 3D complejos que se convierten en coordenadas x, y, y z, las cuales se introducen en la máquina CNC para que complete las tareas requeridas. ^{[ 30 ]} La fresadora puede producir la mayoría de las piezas en 3D, pero algunas requieren que los objetos se roten alrededor de los ejes de coordenadas x, y o z (según sea necesario). ^{[ 31 ]} Las tolerancias se presentan en una variedad de estándares, según la región. En los países que aún utilizan el sistema imperial, generalmente se expresan en milésimas de pulgada (unidad conocida como thou), dependiendo de la máquina específica. ^{[ 32 ]} En muchos otros países europeos, se utilizan estándares que siguen la norma ISO. ^{[ 33 ]}

Para mantener fríos tanto la broca como el material, se utiliza un refrigerante de alta temperatura. ^{[ 34 ]} En la mayoría de los casos, el refrigerante se rocía desde una manguera directamente sobre la broca y el material. ^{[ 35 ]} Este refrigerante puede ser controlado por la máquina o por el usuario, según la máquina. ^{[ 36 ]}

Los materiales que se pueden fresar abarcan desde el aluminio hasta el acero inoxidable y casi todos los intermedios. ^{[ 37 ]} Cada material requiere una velocidad diferente en la herramienta de fresado y varía en la cantidad de material que se puede eliminar en una sola pasada de la herramienta. ^{[ 38 ]} Los materiales más duros generalmente se fresan a velocidades más bajas con pequeñas cantidades de material eliminado. Los materiales más blandos varían, pero generalmente se fresan con una alta velocidad de broca. ^{[ 39 ]}

El uso de una fresadora añade costes que se tienen en cuenta en el proceso de fabricación. Cada vez que se utiliza la máquina, también se utiliza refrigerante, que debe añadirse periódicamente para evitar la rotura de las brocas. ^{[ 40 ]} También es necesario cambiar la broca según sea necesario para evitar dañar el material. ^{[ 41 ]} El tiempo es el factor más importante en los costes. Las piezas complejas pueden requerir horas para completarse, mientras que las piezas muy simples solo tardan minutos. ^{[ 42 ]} Esto, a su vez, también varía el tiempo de producción, ya que cada pieza requerirá diferentes cantidades de tiempo. ^{[ 43 ]}

La seguridad es fundamental en estas máquinas. Las brocas se desplazan a altas velocidades y eliminan piezas de metal generalmente muy caliente. ^{[ 44 ] [ 45 ]} La ventaja de tener una fresadora CNC es que protege al operario. ^{[ 46 ]}

El torneado es un proceso de corte de metales para producir una superficie cilíndrica con una herramienta de un solo filo. La pieza de trabajo gira sobre un husillo y la herramienta de corte se introduce en ella radial, axial o ambas. La producción de superficies perpendiculares al eje de la pieza se denomina refrentado. La producción de superficies utilizando avances radiales y axiales se denomina perfilado. ^{[ 47 ]}

Un torno es una máquina herramienta que hace girar un bloque o cilindro de material, de modo que, al aplicarle herramientas abrasivas , de corte o de deformación, se le da forma para producir un objeto con simetría rotacional respecto a un eje de rotación . Algunos ejemplos de objetos que se pueden fabricar en un torno son candelabros , cigüeñales , árboles de levas y soportes de cojinetes .

Los tornos constan de cuatro componentes principales: la bancada, el cabezal, el carro y el contrapunto. La bancada es una base precisa y muy resistente sobre la que descansan todos los demás componentes para su alineación. El husillo del cabezal sujeta la pieza de trabajo con un mandril , cuyas mordazas (generalmente tres o cuatro) se aprietan alrededor de la pieza. El husillo gira a alta velocidad, proporcionando la energía necesaria para cortar el material. Si bien históricamente los tornos se accionaban mediante correas conectadas a un eje de transmisión , los modelos modernos utilizan motores eléctricos. La pieza de trabajo se extiende desde el husillo a lo largo del eje de rotación, por encima de la bancada plana. El carro es una plataforma que se puede mover de forma precisa e independiente, tanto en paralelo como perpendicularmente al eje de rotación. Una herramienta de corte endurecida se sujeta a la altura deseada (generalmente en el centro de la pieza de trabajo) mediante el portaherramientas. A continuación, el carro se mueve alrededor de la pieza de trabajo giratoria, y la herramienta de corte va eliminando gradualmente el material de la pieza. El contrapunto se puede deslizar a lo largo del eje de rotación y luego bloquear en su posición según sea necesario. Puede contener puntos de apoyo para asegurar aún más la pieza de trabajo, o herramientas de corte que se introducen en el extremo de la pieza.

Otras operaciones que se pueden realizar con una herramienta de un solo punto en un torno son: ^{[ 47 ]}

Chaflán: Cortar un ángulo en la esquina de un cilindro. Troquelado: La herramienta se introduce radialmente en la pieza para cortar el extremo de una pieza. Roscado : Una herramienta se introduce a lo largo y a través de la superficie exterior o interior de piezas giratorias para producir roscas externas o internas . Mandrinado : Una herramienta de un solo punto se introduce linealmente y paralelamente al eje de rotación para crear un agujero redondo. Taladrado : Introducir la broca en la pieza axialmente. Moleteado : Utiliza una herramienta para producir una textura superficial rugosa en la pieza. Se utiliza frecuentemente para permitir el agarre manual en una pieza metálica.

Los tornos y centros de mecanizado CNC modernos pueden realizar operaciones secundarias como el fresado mediante herramientas motorizadas. Al utilizar herramientas motorizadas, la pieza de trabajo deja de girar y la herramienta realiza la operación de mecanizado con una herramienta de corte giratoria. Las máquinas CNC utilizan coordenadas x, y, z para controlar las herramientas de torneado y producir el producto. La mayoría de los tornos CNC modernos pueden producir la mayoría de los objetos torneados en 3D.

Se puede mecanizar prácticamente cualquier tipo de metal, aunque para las piezas más duras se necesita más tiempo y herramientas de corte especializadas .

Existen muchos procesos de roscado, entre ellos: corte de roscas con macho o terraja , fresado de roscas, corte de roscas de un solo punto, laminado de roscas, laminado y conformado de raíz en frío y rectificado de roscas. ^{[ 48 ] [ 49 ]} Un macho se utiliza para cortar una rosca hembra en la superficie interior de un orificio previamente perforado, ^{[ 50 ] [ 51 ]} mientras que una terraja corta una rosca macho en una varilla cilíndrica preformada. ^{[ 48 ]}

El rectificado utiliza un proceso abrasivo para eliminar material de la pieza de trabajo. ^{[ 52 ]} Una rectificadora es una máquina herramienta que se utiliza para producir acabados muy finos, realizar cortes muy ligeros o formas de alta precisión utilizando una muela abrasiva como dispositivo de corte. ^{[ 53 ]} Esta muela puede estar compuesta de piedras, diamantes o materiales inorgánicos de diversos tamaños y tipos . ^{[ 54 ]}

La amoladora más sencilla es una amoladora de banco o una amoladora angular manual, que se utiliza para desbarbar piezas o cortar metal con un disco de corte.

Las rectificadoras han aumentado de tamaño y complejidad con el paso del tiempo y los avances tecnológicos. Desde los tiempos de las antiguas rectificadoras manuales de taller que afilaban fresas para un taller de producción, hasta las actuales células de fabricación CNC de carga automática de 30 000 RPM que producen turbinas de avión, los procesos de rectificado varían enormemente. ^{[ 55 ]}

Las rectificadoras deben ser máquinas muy rígidas para producir el acabado requerido. Algunas rectificadoras incluso se utilizan para producir escalas de vidrio para el posicionamiento de ejes de máquinas CNC. La regla general es que las máquinas utilizadas para producir escalas deben ser 10 veces más precisas que las máquinas para las que se fabrican las piezas. ^{[ 56 ]}

En el pasado, las rectificadoras se utilizaban únicamente para operaciones de acabado debido a las limitaciones de las herramientas. Los materiales modernos para muelas abrasivas y el uso de diamantes industriales u otros recubrimientos artificiales (nitruro de boro cúbico) en los moldes de las muelas han permitido que las rectificadoras logren excelentes resultados en entornos de producción en lugar de ser relegadas a la parte trasera del taller. ^{[ 57 ]}

La tecnología moderna ha avanzado en las operaciones de rectificado para incluir controles CNC, altas tasas de remoción de material con alta precisión, lo que resulta muy adecuado para aplicaciones aeroespaciales y series de producción de alto volumen de componentes de precisión. ^{[ 58 ] [ 59 ]}

El limado es una combinación de rectificado y corte con sierra mediante una lima . Antes del desarrollo de la maquinaria moderna, proporcionaba un método relativamente preciso para la producción de piezas pequeñas, especialmente aquellas con superficies planas. ^{[ 60 ]} El uso experto de la lima permitía al maquinista trabajar con tolerancias muy finas y era el sello distintivo del oficio. Hoy en día, el limado rara vez se utiliza como técnica de producción en la industria, aunque sigue siendo un método común de desbarbado . ^{[ 61 ]}

El brochado es una operación de mecanizado que se utiliza para cortar chaveteros en ejes. ^{[ 62 ]} El mecanizado por haz de electrones (EBM) es un proceso de mecanizado en el que se dirigen electrones de alta velocidad hacia una pieza de trabajo, generando calor y vaporizando el material. ^{[ 63 ]} El mecanizado ultrasónico utiliza vibraciones ultrasónicas para mecanizar materiales muy duros o frágiles. ^{[ 64 ]}

La soldadura es un proceso de fabricación que une materiales, generalmente metales o termoplásticos , mediante la coalescencia . Esto se suele hacer fundiendo las piezas y añadiendo un material de relleno para formar un baño de material fundido que se enfría hasta formar una unión resistente, pero a veces se utiliza presión junto con calor , o por sí sola, para producir la soldadura. ^{[ 65 ]}

Para soldar se pueden utilizar diversas fuentes de energía, como la llama de gas , el arco eléctrico , el láser, el haz de electrones , la fricción y los ultrasonidos . Si bien suele ser un proceso industrial, la soldadura se puede realizar en muchos entornos diferentes, como al aire libre, bajo el agua y en el espacio . Sin embargo, independientemente del lugar, soldar sigue siendo peligroso y se deben tomar precauciones para evitar quemaduras, descargas eléctricas , inhalación de humos tóxicos y sobreexposición a la luz ultravioleta .

La soldadura fuerte es un proceso de unión en el que un metal de aportación se funde y se introduce en un capilar formado por el ensamblaje de dos o más piezas. El metal de aportación reacciona metalúrgicamente con las piezas y se solidifica en el capilar, formando una unión resistente. A diferencia de la soldadura, la pieza no se funde. La soldadura fuerte es similar a la soldadura blanda, pero se realiza a temperaturas superiores a 450 °C (842 °F) . La soldadura fuerte tiene la ventaja de producir menos tensiones térmicas que la soldadura, y las uniones soldadas tienden a ser más dúctiles que las soldadas porque los elementos de aleación no se segregan ni precipitan.  

Las técnicas de soldadura fuerte incluyen la soldadura fuerte a la llama, la soldadura fuerte por resistencia, la soldadura fuerte en horno, la soldadura fuerte por difusión, la soldadura fuerte inductiva y la soldadura fuerte al vacío.

La soldadura blanda es un proceso de unión que se realiza a temperaturas inferiores a 450 °C (842 °F) . Es similar a la soldadura fuerte en el sentido de que un material de aporte se funde y se introduce en un capilar para formar una unión, aunque a una temperatura más baja. Debido a esta temperatura más baja y a las diferentes aleaciones utilizadas como materiales de aporte, la reacción metalúrgica entre el material de aporte y la pieza de trabajo es mínima, lo que da como resultado una unión más débil.  

El remachado es uno de los procesos de unión metalúrgica más antiguos. ^{[ 66 ]} Su uso disminuyó notablemente durante la segunda mitad del siglo XX, ^{[ 67 ]} pero aún conserva usos importantes en la industria y la construcción, y en artesanías como la joyería , las armaduras medievales y la alta costura metálica a principios del siglo XXI. El uso primitivo de remaches está siendo reemplazado por mejoras en las técnicas de soldadura y fabricación de componentes .

Un remache es esencialmente un perno de dos cabezas sin rosca que une dos piezas de metal. Se perforan agujeros en las dos piezas que se van a unir. Una vez alineados los agujeros, se pasa un remache a través de ellos y se forman cabezas permanentes en los extremos del remache mediante martillos y matrices de conformado (ya sea por trabajo en frío o en caliente ). Los remaches se suelen comprar con una cabeza ya formada.

Cuando es necesario quitar remaches, se corta la cabeza de uno de ellos con un cincel . A continuación, se extrae el remache con un martillo y un punzón .

Esto incluye tornillos y pernos . Se utiliza con frecuencia porque requiere relativamente poco equipo especializado, por lo que se emplea a menudo en muebles desmontables . También se puede utilizar cuando se une un metal a otro material (como la madera ) o cuando un metal en particular no se suelda bien (como el aluminio ). Esto se puede hacer para unir metales directamente o con un material intermedio como el nailon . Si bien suele ser menos resistente que otros métodos como la soldadura o la soldadura fuerte, el metal se puede retirar fácilmente y, por lo tanto, reutilizar o reciclar. También se puede realizar junto con un epoxi o pegamento, revirtiendo sus beneficios ecológicos.

Los metales pueden someterse a tratamiento térmico para modificar sus propiedades de resistencia, ductilidad, tenacidad, dureza o resistencia a la corrosión. Los procesos comunes de tratamiento térmico incluyen recocido , endurecimiento por precipitación , temple y revenido .

• El recocido ablanda el metal al permitir la recuperación del trabajo en frío y el crecimiento del grano.
• El temple puede utilizarse para endurecer aceros aleados o, en aleaciones endurecibles por precipitación, para atrapar átomos de soluto disueltos en la solución.
• El revenido provocará la precipitación de los elementos de aleación disueltos o, en el caso de los aceros templados, mejorará la resistencia al impacto y las propiedades dúctiles.

Con frecuencia, se combinan tratamientos mecánicos y térmicos en lo que se conoce como tratamientos termomecánicos para obtener mejores propiedades y un procesamiento más eficiente de los materiales. Estos procesos son comunes en aceros especiales de alta aleación, superaleaciones y aleaciones de titanio.

La galvanoplastia es una técnica común de tratamiento de superficies. Consiste en adherir una fina capa de otro metal, como oro , plata , cromo o zinc, a la superficie del producto mediante hidrólisis. Se utiliza para reducir la corrosión, aumentar la resistencia a la abrasión y mejorar la apariencia estética del producto. El recubrimiento puede incluso modificar las propiedades de la pieza original, como la conductividad, la disipación de calor o la integridad estructural. Existen cuatro métodos principales de galvanoplastia para garantizar un recubrimiento adecuado y una buena relación costo-beneficio por producto: galvanoplastia en masa, galvanoplastia en bastidor, galvanoplastia continua y galvanoplastia en línea. ^{[ 68 ]}

Las técnicas de proyección térmica son otra opción de acabado popular y, a menudo, presentan mejores propiedades a altas temperaturas que los recubrimientos electrodepositados debido a su mayor espesor. Los cuatro principales procesos de proyección térmica incluyen la proyección por arco eléctrico, la proyección por llama (combustión oxiacetilénica), la proyección por plasma y la proyección por oxicorte de alta velocidad (HVOF). ^{[ 69 ]}