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• Daniel Alejandro Bolívar Sanz

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Fuente: http://procesosmanufacturau.blogspot.com.co/ PROCESO DE FORMADO EN CALIENTE Una de las propiedades más importantes de los metales es su maleabilidad, este término, indica la propiedad de un metal para ser deformado mecánicamente por encima de su límite elástico, sin deformarse y sin incremento considerable en la resistencia a la deformación. La materia prima (para los procesos de formado) es el acero en lingote, este, con su estructura cristalina típica gruesa y dendrítica, no es útil para las aplicaciones en las que se requiera resistencia mecánica. Las partes fabricadas directamente del acero en lingote pueden estrellarse al recibir fuerzas de trabajo y cargas de impacto. Los granos dendríticos que contiene un lingote vaciado deben recristalizarse para dar al acero la resistencia necesaria esto se logra mediante procesos de trabajo en caliente como forjado o laminación. Los factores que influyen en el tamaño de grano que se obtiene con la deformación en caliente son:    

Temperatura final del proceso. Velocidad de enfriamiento. Tamaño inicial del grano. Cantidad de la deformación.

Como el metal se encuentra a alta temperatura, los cristales reformados comienzan a crecer nuevamente, pero estos no son tan grandes e irregulares como antes. AI avanzar el trabajo en caliente y enfriarse el metal, cada deformación genera cristales mas pequeños, uniformes y hasta cierto grado aplanados, lo cual da al metal una condición a la que se llama anisotropía u orientación de grano o fibra, es decir, el metal es más dúctil y deformable en la dirección de un eje que en la del otro. Esta condición (anisotropía) nos ayuda a explicar las siguientes ventajas del trabajo en caliente.  No aumenta la dureza o ductilidad del metal ya que los granos distorsionados deformados durante el proceso, pronto cambian a nuevos granos sin deformación.  El metal se hace más tenaz pues los cristales formados son más pequeños y por lo tanto más numerosos, además porque se disminuye el espacio entre cristales y se segregan las impurezas.  Se requiere menor fuerza y por lo tanto menor tiempo, ya que el material es más maleable.

 Facilidad para empujar el metal a formas extremas cuando está caliente, sin roturas ni desgastes pues los cristales son más plegables y se forman continuamente.  Ayuda a perfeccionar la estructura granular.  Se eliminan zonas de baja resistencia.  Se eliminan los poros en forma considerable debido a las altas presiones de trabajo.  Baja costos de dados.  EI material tiene buena soldabilidad y maquinabilidad, dado que el contenido de carbono es menor al 0.25%. Algunas de las desventajas que presenta el trabajo en caliente son:  Se tiene una rápida oxidación o formación de escamas en la superficie con el siguiente mal acabado superficial.  No se pueden mantener tolerancias estrechas.  Se requieren herramientas resistentes al calor que son relativamente costosas. Forja Es un método de manufactura de piezas metálicas, que consisten en la deformación plástica de un metal, ocasionada por esfuerzos impuestos sobre él, ya sea por impacto o por presión. En el proceso, el metal fluye en la dirección de menor resistencia, así que generalmente ocurrirá un alargamiento lateral al menos que se le contenga. El grupo de metales más importantes lo constituyen el acero y sus aleaciones, ciertos materiales no ferrosos, como el aluminio y sus aleaciones. Existen

dos

clases

de

forja,

en

matriz

abierta

y

en

matriz

cerrada.

En la forja en matriz abierta, el metal no está completamente contenido en el dado, el forjado con martinete es un ejemplo característico de este método. La pieza es formada debido a rápidos y sucesivos golpes del martillo. Utilizada en la producción de piezas pesadas con tolerancias grandes y en lotes pequeños y medianos. La forja en matriz cerrada se utiliza mucho para alta producción. En el proceso, el metal es formado prensándose entre un par de dados. El dado superior se fija generalmente al ariete de una prensa de forja o a un martillo, mientras que el inferior queda sujeto al yunque. Juntos constituyen la matriz cerrada. El método permite obtener piezas de gran complejidad y exactitud, así como un buen acabado. Utilizada en la producción de piezas de peso reducido, de precisión y en lotes de 1000 a 10000 unidades. En ciertas ocasiones la forja libre y la forja cerrada se pueden combinar favorablemente, por ejemplo, en la producción de piezas de precisión, es muy común preformar primero el metal en matriz abierta, y luego realizar el acabado final en matrices cerradas. Es raro usar las partes forjadas tal y como se les produce, en general se les termina primero

quitándoles las rebabas a las piezas (desbarbado), con una matriz de corte que no siempre está integrada a la máquina de forja y después se proporciona el acabado requerido mediante los procesos de maquinado comunes:  Cabe mencionar que existen dos clases de forjado el denominado en caliente, que se realiza arriba de la temperatura de recristalización y el llamado forjado en frío que se efectúa por debajo de esta. Las piezas forjados se emplean ampliamente en herramientas de mano, partes de automóviles, caimanes, ferrocarriles, en la industria aeroespacial y muchas otras.  Algunas de sus características técnicas más sobresalientes se numeran a continuación:  Integridad estructural: La forja elimina las bolsas de gas internas y otras inclusiones de metal, que podrían causar fallas no predecibles en piezas sometidos a esfuerzos o impactos elevados.  Alta resistencia y tenacidad: Mediante la orientación adecuada de las fibras del metal, la forja desarrolla la máximo resistencia posible al impacta y a la fatiga, dando a demás a la pieza la ductilidad necesaria para resistir fallas baja impactos inesperados.  Bondad de configuración: Muchas de las piezas forjadas se pueden producir aproximadamente a la configuración final estipulada, reduciéndose a un mínimo la necesidad de un maquinado posterior.  Uniformidad de las piezas: Es posible obtener piezas que exhiban una amplia gama de propiedades físico mecánicas, dependiendo de los materiales, aleaciones y tratamientos térmicos.  Ahorro de peso: La alta resistencia que puede ser desarrollada en las piezas forjados por la adecuada orientación del flujo de fibras, refinamiento de la estructura cristalina y tratamiento térmico, les permite tener en muchas ocasiones un peso más reducido que las piezas fabricadas con otros procesos.  Economía al combinar varias partes de una sola forma: Mediante la forja, se pueden producir piezas de configuración geométrica muy complicada que en otro caso tendrían que elaborar mediante el ensamble de varias partes. Esto permite tener un considerable ahorro en la producción al evitar costosas uniones de soldaduras, remaches. Forja en caliente Aparentemente el proceso es sencillo, es decir, calentar el metal y de uno o dos golpes forzarlo a llenar la cavidad del dado. En realidad, el metal está muy lejos de ser líquido, por lo tanto, no fluye tan fácilmente a las cavidades de la matriz. Así que, para forjar piezas, excepto aquellas de forma sencilla, es necesario tener en cuenta lo siguiente:

 Cortar y preformar la pieza. El corte se puede hacer con sierra a cizalla y preformada con una prensa de forja. Se utiliza el preformada cuando la pieza a forjar tiene una geometría complicada a su pesa unitaria es relativamente alta, con esta operación se modifica la configuración inicial del metal, facilitando así su forjado final, requiere además de un calentamiento inicial.  Calentar un trozo de metal cortado y/o preformado en hornos de tipo eléctrico, de resistencia, de inducción, de alta frecuencia o de combustible líquido o gaseoso. Los aceros (incluyendo el acero inoxidable) son calentados aproximadamente a 1230 °C, en cambio, el aluminio se calienta a 425 °C. Esta fase de calentamiento se requiere a pesar de que el metal haya sido previamente calentado para su preformado.  La pieza ya caliente, se coloca en la matriz de la prensa o martinete. Dependiendo de su forma o tamaño y complejidad será el número de pasos y cavidades de la matriz, donde proporcionalmente se le ira dando forma al producto. Cuando la pieza ha sido formada, pasa a unas prensas cortadoras de menor capacidad, para en efectuar en ellas el desbarbado. Se debe realizar inmediatamente después del formado final para aprovechar la elevada temperatura de la pieza y hacer el corte con una fuerza menor.  Una vez que la pieza se ha forjado y desbarbado, se le somete normalmente a un tratamiento térmico con el propósito de aliviarle esfuerzos originados por la deformación y reducir la dureza en caso de aceros de alto contenido de carbón. Los métodos más usuales para ablandar el acero son el recocido y el normalizado. Las partes hechas por el proceso de forja en caliente, pueden pesar desde 200 grs. hasta 2 toneladas, sin embargo, la mayoría de las piezas pesan de 2 a 50 Kg. Con respecto al paso No.1 (cortar y preformar la pieza) es conveniente enfatizar que la mayoría de las piezas forjadas requieren de un preformado también en caliente, este debe enfocarse a la formación de "bolsas" de material en las zonas donde el producto final tendrá mayor sección transversal. Forja abierta o de herrero . Este tipo de forja consiste en martillar el metal caliente ya sea con herramienta manuales o entre dos plano en un martillo de vapor. La forja manual, como la hecha por el herrero, es la forma más antigua de forjado. La naturaleza del proceso es tal que no se obtienen tolerancias cerradas, ni pueden hacerse formas complicadas. El rango de forjado por forja abierta, va desde unos cuantos kilogramos y sobrepasa los 90 mg. Un ejemplo de aplicación de este proceso se tiene en el forjado de joyería Estampado El estampado difiere de la forja con martillo en el que se usa más bien una impresión cerrada que dados de cara abierta. La forja se produce por presión o impacto, lo cual obliga al metal

caliente y flexible a llenar la forma de los dados, en esta operación existe un flujo drástico del metal en los dados causado por los golpes repetidos sobre el metal. Para asegurar el flujo propio del metal durante los golpes intermitentes, las operaciones se dividen en un número de pasos. Cada paso cambia la forma gradualmente, controlando el flujo del metal hasta que se obtiene la forma final. El número de pasos requeridos varía de acuerdo al tamaño y forma de la pieza, las cualidades de forja del metal y las tolerancias requeridos. Para productos de formas grandes y complicadas, puede requerir usar más de un juego de dados. Las temperaturas aproximados del forjado son: acero de 1100 a 1250 °C.; cobre y sus aleaciones de 750 a 925° C.; magnesio 315° C. y aluminio 370 a 450° C. la forja de acero en dados cerrados varía en tamaño desde unos cuantos gramos hasta 10 mg. Los dos principales tipos de martillos de estampado son el martinete de vapor y el martinete de caída libre o martinete de tablón. En el primero, el apisonador y el martillo son levantados por vapor, y la fuerza del golpe es controlada por el estrangulamiento del vapor. En el martinete del tipo de caída libre, la presión de impacto es desarrollada por la fuerza de caída del apisonador y el dado cuando golpea sobre el dado que esta fijo. Fuente: http://conformadomecanicodepiezasdtc.weebly.com/forjado-en-caliente.html FORJADO EN CALIENTE En el caso más simple, el metal es comprimido entre martillo y un yunque y la forma final se obtiene girando y moviendo la pieza de trabajo entre golpe y golpe. Para producción en masa y el formado de secciones grandes, el martillo es sustituido por un martinete o dado deslizante en un bastidor e impulsado por una potencia mecánica, hidráulica o vapor. Un dispositivo utiliza directamente el empuje hacia abajo que resulta de la explosión en la cabeza de un cilindro sobre un pistón móvil. Los dados que han sustituido al martillo y al yunque pueden variar desde un par de herramientas de cara plana, hasta ejemplares que tiene cavidades apareadas capaces de ser usadas para producir las formas más complejas El forjado se divide principalmente en dos tipos: forjado intermitente (golpes, aplicación de fuerza discontinua) y forjado de forma continua (prensado, aplicación de fuerza continua). TIPOS DE FORJA  Forja con martillo: Es el mismo tipo de forja que hace el herrero, pero en la práctica moderna se realiza por medio de un martillo mecánico. Se coloca el metal caliente sobre un yunque y se le golpea repetidamente. El yunque y el martillo son chatos, y el operador obtiene la forma deseada en la pieza, girándola y manipulándola entre golpe y golpe de martillo. Usa también a veces herramientas de formas especiales que coloca entre el

martillo y la pieza, para facilitar el forjado de secciones redondas, para hacer agujeros o en cortes.

 El forjado horizontal implica una barra de sección uniforme en medio de los dados y se aplica una presión sobre el extremo caliente, provocando que sea recalcada o formada según el dado. La longitud de la barra a ser recalcada no puede ser muy grande, pues si no el material se doblaría en vez de expandirse para llenar la cavidad del dado.

 Forja con martinete: Si bien la forja de herrero es simple y flexible, el método no es adecuado para producción masiva, ya que es lento y la forma y tamaño resultantes dependen enteramente del operario. La forja con martinete superar estas dificultades. La forja con martinetes se usan matrices cerradas. Se une una mitad de la matriz al martillo y la otra al yunque del martinete. Se coloca el metal caliente en la cavidad interior de la matriz y se golpea varias veces con la parte superior. Este martilleo, dentro de la matriz cerrada, hace que el metal fluya en varias direcciones de modo de llenar la cavidad del molde. Cualquier exceso de metal es apretado entre las capas de la matriz en la periferia de la cavidad y eliminado en forma de rebaba. Una vez completada la forja, se quita la rebaba por medio de una matriz recortadora o desbarbadota.

 Forja con prensa: La forja con prensa emplea una acción lenta de compresión para deformar el metal. En la forja con martinete, gran parte de la energía de impacto se disipa cerca de la superficie del metal y por lo tanto no es posible forjar grandes secciones con martinetes; la lenta acción de la prensa de forjar, por el contrario, penetra completamente a todo el metal. Las prensas de forjar se fabrican en tamaños muy grandes. Durante algún tiempo han sido comunes capacidades de hasta 18.000 toneladas, y estos últimos años han sido puestas en operación prensas de 35.000 y 50.000 toneladas. Muchas piezas forjadas con prensas se completan en solo cierre de las matrices. Las forjas con prensas requieren menos salida que las piezas forjadas con martinete, y tienen por lo tanto mayor exactitud dimensional.

La forja es el método de formado de metal más antiguo. Al usar la forja Las propiedades mecánicas de los materiales mejoran sustancialmente debido a que con los golpes y el calor se afina el grano y se orientan las fibras, sin embargo Se requiere de un calentamiento del material suave para que sea homogéneo. Fuente: http://www.quimica.es/enciclopedia/Ti6Al4V.html

Aleación de titanio Ti6Al4V Se conoce como Ti6Al4V a la aleación de titanio más utilizada, tanto en aplicaciones biomédicas como industriales. La aleación contiene aluminio y vanadio, según la composición: Ti6Al4V. El aluminio incrementa la temperatura de la transformación entre las fases alfa y beta. El vanadio disminuye esa temperatura. La aleación puede ser bien soldada. Tiene alta tenacidad. El Ti6Al4V puede ser mecanizado a forma de acomodar las superficies irregulares de los huesos, como en el caso de placas para los huesos fracturados, cuando se utiliza para fabricar prótesis óseas o dentales. Se trata de una aleación alfa-beta. Esta aleación se produce en diferentes grados, siendo los más usados los de grado: 5, 23 y 29. La variedad de grados está relacionada con la cantidad de oxígeno que tiene cada una de ellas y esto hace variar las propiedades mecánicas de la aleación. Composición química  C < 0,08%  Fe < 0,25%  N2 < 0,05%  O2 < 0,02%  Al 5,5-6,76%  V 3,5-4,5%  H2 lámina < 0,015%  H2 barra < 0,0125%  Titanio Resto hasta completar 100%

Propiedades físicas  Densidad: g/cm³: 4,42  Punto de fusión: ºC/ºF: 1649/3000  Calor específico: J/kg.cm: 560

 Resistencia eléctrica: ohm.cm: 170  Conductividad térmica: w/m.K: 7,2  Coeficiente de dilatación térmica: 0-100ºC/ºC: 8,6*10-6 Propiedades mecánicas  Resistencia a la tracción: MPa: 896  Módulo elástico: MPa: 827  Dureza Rockwell: C: 36  Ductilidad (Alargamiento antes de rotura): 10%

Biela La biela se encarga de unir el pistón con el cigüeñal. La función de la biela es transmitir la fuerza recibida por el pistón en la combustión hasta el cigüeñal. Se trata de una pieza de suma importancia, tanto para la transmisión de potencia, como para la transformación del movimiento. Durante su funcionamiento está sometida a esfuerzos de tracción, compresión y flexión por pandeo. Debe tener una longitud que guarde relación directa con el radio de giro de la muñequilla del cigüeñal y la magnitud de los esfuerzos a transmitir. Tiene que ser lo suficientemente robusta para que soporte las solicitaciones mecánicas que se originan. Material empleado en su fabricación

El material empleado en su fabricación es el acero al carbono aleado con Ni y Cr, con un tratamiento adecuado para obtener las elevadas características mecánicas que se precisan. Se fabrica por estampación en caliente y se mecanizan las zonas de amarre al émbolo y al cigüeñal, así como los elementos de unión y los pasos de aceite. Las condiciones exigidas en la fabricación de las bielas para su correcto funcionamiento destacan:  Igualdad de peso para cada grupo de bielas de un mismo motor.  Paralelismo entre ejes de simetría.  Precisión en la longitud o distancia entre centros. Partes y características constructivas de una biela

Las características constructivas de la biela, en cuanto a forma y dimensiones, están en función del trabajo a desarrollar. En una biela hay que distinguir las siguientes partes:

   

Pie de biela. Cabeza de biela. Perno de unión. Cuerpo de la biela.

Pie de biela Es la parte alta de la biela, por donde ésta se une al émbolo mediante un pasador o bulón. Trabaja, por tanto, bajo carga alternativa y oscilante, lo que produce un fuerte desgaste en las zonas superior e inferior del diámetro. Para reducir este desgaste se coloca un cojinete de antifricción entre el bulón y el alojamiento de la biela. El diámetro interior de este alojamiento (d1) viene determinado por las condiciones de engrase, de forma que éste se realice en perfectas condiciones bajo carga, sin que se rebase el límite de fatiga del material. Las demás dimensiones del pie de la biela dependen del diseño y posterior mecanizado de la misma, siempre orientado a reducir al máximo su peso. La anchura (A) de la biela suele tener un valor aproximadamente igual a la mitad del diámetro del émbolo. En la parte superior exterior suele llevar una especie de cresta o saliente, que confiere rigidez al conjunto y es donde suele ir situado el taladro de engrase para las bielas con montaje de bulón flotante.

Cabeza de biela Esta parte de la biela es por donde se una a la muñequilla del cigüeñal. Para facilitar el montaje se divide en dos partes. La parte llamada semicabeza va unida directamente al cuerpo de la biela y la otra, llamada sombrerete, queda unida a la biela a través de unos pernos. En la superficie de unión de ambas piezas hay una serie de estrías de anclaje para asegurar un posicionado correcto y para dar resistencia a la unión, ya que está sometida a cizallamiento. Otros modelos de bielas llevan el asiento totalmente plano y la posición se determina par medio de dos números marcados en la biela y el sombrerete. Para determinar la anchura (B) y diámetro exterior (d4) se suelen tomar valores que están en función del diseño y resistencia del material.

El plano de unión entre el sombrerete y la biela puede ser horizontal o inclinado. Esta última disposición se utiliza cuando las dimensiones de la cabeza son grandes, con objeto de facilitar su extracción a través del cilindro, o también para reforzar la zona de mayor empuje cuando la cargas son elevadas, debiendo coincidir en su montaje, el menor ángulo de inclinación por la parte por donde baja la biela.

Los pernos (tornillos) que unen el sombrerete a la biela, deben fabricarse de material resistente para que soporten los esfuerzos de tracción y cizalladura a que están sometidos durante su trabajo. Su tamaño y disposición debe facilitar su montaje y desmontaje. Deben permanecer inmóviles, para eso en los tornillos pasantes se suele practicar un chaflán sobre la cabeza para sirva de tope en su asiento, o también se dispone una chapa de freno en los tornillos que van roscados a la parte fija de la biela. Cuerpo de la biela Constituye el elemento de unión entre el pie y la cabeza de la biela. Su perfil o sección es de doble T, ya que es la forma constructiva que proporciona mayor resistencia con una menor sección y, al mismo tiempo, es de fácil estampación. La longitud de la biela es otra de las características importantes y depende del tipo de motor, de la relación carrera-calibre y del ciclo de funcionamiento del motor. El número de revoluciones del motor influye sobre la longitud de la biela, en motores más revolucionados la longitud de la biela se acorta dentro de unos límites admisibles, con el fin de evitar, en lo posible, los efectos de la inercia. Bielas para motores en V Las bielas empleadas en estos motores, cuya unión al cigüeñal se realiza de una forma especial, suelen ser de tres tipos:  Bielas ahorquilladas  Bielas articuladas  Bielas conjugadas Bielas ahorquilladas

Este sistema emplea un casquillo común para unir las dos bielas que trabajan sobre el mismo codo del cigüeñal. El casquillo va montado fijo en la biela principal y hace de bulón en la biela secundaria que tiene dos cabezas. Las ventajas de este sistema consisten en que se aprovecha al máximo el casquillo de unión y las carreras se realizan perfectamente, sin que se produzcan esfuerzos adicionales. Tienen el inconveniente de su elevado costo y que el cojinete de unión soporta mayores esfuerzos, ya que tiene que sufrir los efectos de inercia y las cargas de ambas bielas.

Bielas articuladas Este tipo realiza la articulación de la biela secundaria en la parte lateral de la biela principal. Emplea un cojinete único para ambas bielas y su construcción es más sencilla y económica. Por el contrario, en este montaje son mayores los esfuerzos laterales que se producen en el émbolo, como consecuencia de la posición de los ejes de las bielas y también lo son las flexiones a que está sometida la biela principal debido al empuje que sobre ella realiza la biela secundaria.

Bielas conjugadas Este tipo de biela es el más empleado en la actualidad para motores en V. Se caracterizan por ser iguales e independientes en su funcionamiento y se articulan sobre la misma muñequilla del cigüeñal. Tienen el inconveniente del rozamiento lateral que se produce entre ambas bielas, por lo que requieren un tratamiento especial en esa zona para que el desgaste sea mínimo.

Cortes, secciones y roturas Introducción En ocasiones, debido a la complejidad de los detalles internos de una pieza, su representación se hace confusa, con gran número de aristas ocultas, y la limitación de no poder acotar sobre dichas aristas. La solución a este problema son los cortes y secciones, que estudiaremos en este tema. También en ocasiones, la gran longitud de determinadas piezas, dificultan su representación a escala en un plano, para resolver dicho problema se hará uso de las roturas, artificio que nos permitirá añadir claridad y ahorrar espacio. Las reglas a seguir para la representación de los cortes, secciones y roturas, se recogen en la norma UNE 1-032-82, “Dibujos técnicos: Principios generales de representación”, equivalente a la norma ISO 128-82.

Generalidades sobre cortes y secciones Un corte es el artificio mediante el cual, en la representación de una pieza, eliminamos parte de la misma, con objeto de clarificar y hacer más sencilla su representación y acotación. En principio el mecanismo es muy sencillo. Adoptado uno o varios planos de corte, eliminaremos ficticiamente de la pieza, la parte más cercana al observador, como puede verse en las.

Como puede verse en las figuras siguientes, las aristas interiores afectadas por el corte, se representarán con el mismo espesor que las aristas vistas, y la superficie afectada por el corte, se representa con un rayado. A continuación en este tema, veremos cómo se representa la marcha del corte, las normas para el rayado del mismo, etc.

Se denomina sección a la intersección del plano de corte con la pieza (la superficie indicada de color rojo), como puede apreciarse cuando se representa una sección, a diferencia de un corte, no se representa el resto de la pieza que queda detrás de la misma. Siempre que sea posible, se preferirá representar la sección, ya que resulta más clara y sencilla su representación.

Líneas de rotura en los materiales Cuando se trata de dibujar objetos largos y uniformes, se suelen representar interrumpidos por líneas de rotura. Las roturas ahorran espacio de representación, al suprimir partes constantes y regulares de las piezas, y limitar la representación, a las partes suficientes para su definición y acotación. Las roturas, están normalizadas, y sus tipos son los siguientes:

 Las normas UNE definen solo dos tipos de roturas (figuras 1 y 2), la primera se indica mediante una línea fina, como la de los ejes, a mano alzada y ligeramente curvada, la segunda suele utilizarse en trabajos por ordenador.  En piezas en cuña y piramidales (figuras 3 y 4), se utiliza la misma línea fina y ligeramente curva. En estas piezas debe mantenerse la inclinación de las aristas de la pieza.  En piezas de madera, la línea de rotura se indicará con una línea en zig-zag (figura 5).

 En piezas cilíndricas macizas, la línea de rotura de indicará mediante las característica lazada (figura 6).

 En piezas cónicas, la línea de rotura se indicará como en el caso anterior, mediante lazadas, si bien estas resultarán de diferente tamaño (figura 7).  En piezas cilíndricas huecas (tubos), la línea de rotura se indicará mediante una doble lazada, que patentizarán los diámetros interior y exterior (figura 8).  Cuando las piezas tengan una configuración uniforme, la rotura podrá indicarse con una línea de trazo y punto fina, como la las líneas de los ejes (figura 9).

Representación de la marcha de un corte Cuando la trayectoria de un corte sea evidente, no será necesaria ninguna indicación (figura 1). En el caso de que dicha trayectoria no sea evidente o se realice mediante varios planos de corte, el recorrido se indicará mediante una línea de trazo y punto fino, que se representará con trazos gruesos en sus extremos y cambios de dirección (figuras 2, 3 y 4). En los extremos del plano de corte se situarán dos letras mayusculas, que servirán de referencia del mismo, estas letras podrán ser repetidas A-A o consecutivas A-B. También en los extremos se consignan dos flechas, que indican el sentido de observación. Sobre la vista afectada del corte, se indicarán las letras definidoras del corte. Un corte puede realizarse por diferentes tipos de planos: un único plano (figura 1), por planos paralelos (figura 2), por planos sucesivos (figura 3), y por planos concurrentes (figura 4), en este último caso, uno de ellos se gira antes del abatimiento.

Norma para el rayado de los cortes Las superficies de una pieza afectadas por un corte, se resaltan mediante una raya de líneas paralelas, cuyo espesor será el más fino de la serie utilizada. Basándonos en las normas UNE, podemos establecer las siguientes reglas, para la realización de los rayados:

 La inclinación del rayado será de 45º respecto a los ejes de simetría o contorno principal de la pieza (figura 1).  La separación entre las líneas de rayado dependerá de tamaño de la pieza, pero nunca deberá ser inferior a 0,7 mm. ni superior a 3 mm. (figura 2).  En piezas de gran tamaño, el rayado puede reducirse a una zona que siga el contorno de la superficie a rayar (figura 3).

 En los casos de cortes parciales o mordeduras, la separación entre la parte seccionada y el resto de la pieza, se indica con una línea fina a mano alzada, y que no debe coincidir con ninguna arista ni eje de la pieza (figura 4).  Las diferentes zonas rayadas de una pieza, pertenecientes a un mismo corte, llevarán la misma inclinación y separación (figura 5), igualmente se mantendrá el mismo rayado cuando se trate de cortes diferentes sobre una misma pieza (figura 6).  En piezas afectadas por un corte por planos paralelos, se empleará el mismo rayado, pudiendo desplazarse en la línea de separación, para una mayor comprensión del dibujo (figura 7).

 En cortes sobre representaciones de conjuntos, las diferentes piezas se rayarán modificando la inclinación de 45º, y cuando no pueda evitarse, se variará la separación del rayado (figura 8).  Las superficies delgadas, no se rayan, sino que se ennegrecen. Si hay varias superficies contiguas, se dejará una pequeña separación entre ellas, que no será inferior a 7 mm. (figura 9).  Debe evitarse la consignación de cotas sobre superficies sobre las superficies rayadas. En caso de consignarse, se interrumpirá el rayado en la zona de la cifra de cota, pero no en las flechas ni líneas de cota (figura 10).  No se dibujarán aristas ocultas sobre las superficies rayadas de un corte. Y solo se admitirán excepcionalmente, si es inevitable, o con ello se contribuye decisivamente a la lectura e interpretación de la pieza (figura 11).

Elementos que no se seccionan

Las normas establecen como piezas no seccionables: los tornillos, tuercas, arandelas pasadores, remaches, eslabones de cadena, chavetas, tabiques de refuerzo, nervios, orejeras, bolas de cojinetes, mangos de herramientas, ejes, brazos de ruedas y poleas, etc.. A modo de ejemplo se incluyen los ejemplos siguientes: tornillo, tuerca y remache (figura 1), eslabón de cadena (figura 2), mango de herramienta (figura 3), tabiques de refuerzo (figura 4), unión roscada (figura 5), y brazos de polea (figura 6).

Tipos de corte Los diferentes tipos de cortes que podemos realizar, pueden ser clasificados en tres grandes grupos:

 Corte total, es el producido por uno o varios planos, que atraviesan totalmente la pieza, dejando solamente en vista exterior las aristas de contorno (figuras 1 y 2).  Semicorte o corte al cuarto (figura 3). Se utilizan en piezas que tienen un eje de simetría, representándose media pieza en sección y la otra mitad en vista exterior. En este tipo de corte no se representarán aristas ocultas, con objeto de que la representación sea más clara. En ocasiones coincide una arista con el eje de simetría, en dicho caso prevalecerá la arista. En este tipo de corte, siempre que sea posible, se acotarán los elementos exteriores de la pieza a un lado, y los interiores al otro.  Corte parcial o mordedura (figura 4). En ocasiones solo necesitamos poder representar pequeños detalles interiores de una pieza, en estos casos no será necesario un corte total o al cuarto, y será suficiente con este tipo de corte. El corte parcial se delimitará mediante una línea fina y ligeramente sinuosa.

Secciones abatidas Este tipo de secciones se utilizan siempre que no obstaculicen la claridad de la representación. Están producidas por planos perpendiculares a los de proyección, y se representan girándolas 90º sobre su eje, hasta colocarlas sobre el mismo plano del dibujo. Podremos utilizar los siguientes tipos:

 Secciones abatidas sin desplazamiento. Se representarán delimitadas por una línea fina (figuras 1 y 2).

 Secciones abatidas con desplazamiento. Se representarán delimitadas por una línea gruesa. La sección desplazada puede colocarse en la posición de proyección normal, cerca de la pieza y unida a esta mediante una línea fina de trazo y punto (figura 3), o bien desplazada a una posición cualquiera, en este caso se indicará el plano de corte y el nombre de la sección (figura 4).

 Secciones abatidas sucesivas. El desplazamiento de la sección se podrá realizar a lo largo del eje (figura 5); desplazadas a lo largo del plano de corte (figura 6), o desplazadas a una posición cualquiera (figura 7).

CÓMO SE CREA EL MOTOR DE UN F1 (II - FABRICACIÓN Y BANCO DE PRUEBAS)

Si el diseño era una de las fases más importantes en el proceso de creación de un motor de F1, la fabricación y su verificación no lo son menos. Hace algunas semanas vimos con detalle la primera parte del proceso y ahora le toca el turno a analizar cómo se convierten esas ideas en realidad. Como vimos en el citado artículo el objetivo a buscar cuando se inicia el diseño de un nuevo motor o se realizan modificaciones en uno ya existente es siempre el mismo: reducir peso, bajar el consumo y aumentar la potencia. Las nuevas tecnologías permiten reutilizar las especificaciones del motor con suma facilidad para diseñar la arquitectura de los nuevos motores, lo que reduce el plazo de diseño en un 40% y ofrece a los ingenieros más tiempo para innovar y explorar nuevas alternativas. En esta situación están en la actualidad los diferentes motoristas que suministran a los equipos del Gran Circo. La automatización de los procesos industriales a través de los años ha dado lugar a un avance espectacular en la industria. Todo ello ha sido posible gracias a una serie de factores entre los que se encuentran las nuevas tecnologías en el campo mecánico, la introducción de los computadores, y sobre todo el control y la regulación de sistemas y procesos. Los sistemas de diseño y simulación por ordenador son un arma perfecta para que los ingenieros realicen una amplia gama de trabajos que van desde la creación y el ensamblaje de las piezas, hasta la elaboración de predicciones relativas a la vida útil del producto. Los equipos invierten cantidades ingentes de dinero en esta tecnología y sus resultados son indiscutibles pero una cosa es la simulación y otra bien distinta es la realidad. No siempre es posible detectar todos los defectos o conocer las prestaciones reales de los motores. En la mayoría de los casos es aconsejable fabricar modelos reales de las piezas con el fin de poder analizar mejor los resultados obtenidos, someterlos a una batería de pruebas de esfuerzos sobre todo en aquellos casos en los que se diseñan moldes a partir de las superficies creadas con en el sistema CAD (diseño asistido por ordenador) para saber si todo está perfectamente afinado. Este será el argumente para el siguiente artículo. Bien, imaginaros que ya tenemos finalizado el proceso de diseño. Todas las medidas geométricas de las piezas están claras y solo falta fabricarla. Vamos a ello. Fabricación Para crear una pieza es necesario transferir toda la formación obtenida por el CAD a otra aplicación informática que será la responsable de gestionar la perfecta fabricación de la pieza. En este punto entra en acción la fabricación asistida por ordenador (CAM), una aplicación informática que crear instrucciones detalladas (G-código) que serán empleadas por las herramientas para la fabricación de piezas. Básicamente este software le dice por ejemplo a un brazo robotizado cómo tiene que moverse, que broca emplear, etc. para crear la pieza. Los fabricantes de muchas industrias dependen de las capacidades de CAM para producir piezas de alta calidad.

Una vez traspasados los datos es necesario realizar dos procesos para crear los componentes que forma un motor: la fabricación de las piezas en bruto y posteriormente la mecanización. A. Fabricación de las piezas en bruto El primer paso será crear las piezas principales mediante la fundición en arena. Es el proceso más utilizado. La fundición en arena consiste en verter metal fundido en un molde de arena, dejarlo solidificar y romper después el molde para remover la fundición. Posteriormente la pieza pasa por un proceso de limpieza e inspección, pero en ocasiones requiere un tratamiento térmico para mejorar sus propiedades metalúrgicas. Vaciar metal fundido es relativamente sencillo, lo más complejo del proceso es crear toda la estructura que sirva de molde para la pieza. Vamos a verlo. Creación del modelo. Para iniciar el proceso es necesario tener un modelo de la pieza en cuestión ligeramente agrandado ya que el metal se contrae cuando se solidifica. Los materiales que se usan para hacer estos modelos incluyen la madera, los metales pero la palma se la lleva el plástico debido a que es muy fácil moldear. Los métodos más avanzados crean los moldes mediante impresoras 3D que reflejan con total fidelidad la estructura de las piezas diseñadas con el CAD.

Para facilitar la tarea de ensamblado posterior el modelo se divide en dos a lo largo de un plano. Dividirlos facilita la tarea de creación de los moldes a la vez que son más apropiados para reproducir formas complejas, y un bloque motor lo es. Crear modelos es uno de los métodos más utilizados en la F1 y no solo se emplean en la fabricación de los motores. El 80% de un monoplaza es fibra de carbono y estos modelos sirven de moldes donde ir añadiendo capas de fibra hasta obtener las piezas definitivas. Creación del molde Bien, ya tenemos el modelo preparado y ahora hay que hacer el molde. Para ello se emplea normalmente arena (sílice) mezclada con aglutinantes (resinas) para fortalecer el molde. Esta mezcla se compacta mediante una prensa alrededor del modelo en un recipiente llamado caja de moldeo. Una vez concluido el moldeado de los componentes obtenemos dos negativos, uno de la parte inferior y otro de la superior de la pieza que posterior mente serán unidos para formar la estructura exterior de la pieza. El siguiente paso será crear el complejo entramado interno del motor. Para hacerlo es necesario utilizar un corazón, un modelo a tamaño natural de las superficies interiores fabricado generalmente con arena especial compactada debido a que debe ser más resistente que el molde, ya que es necesario manipularlos para su colocación posterior. El corazón se inserta en la cavidad del molde antes del vaciado, para que al fluir el metal fundido, solidifique entre la cavidad del molde y el corazón, formando así las superficies externas e internas de la fundición. Dependiendo de la complejidad de la pieza puede que sean necesarios varios corazones como sucede en la imagen de abajo donde un operario coloca un corazón sobre el molde inferior de lo que será una culata. Como vemos en el lado derecho ya está colocado el molde superior.

Una vez listo el molde, se vierte el metal en su interior, se deja enfriar, se retira el molde y sale el bloque en bruto. El metal utilizado dependerá de la pieza a fabricar. Para el bloque motor y la culata se emplea una aleación de aluminio o aleación de hierro (acero), las bielas de hierro o aleaciones de titanio y el cigüeñal sólo acero siendo la FIA quién determina por normativa estos materiales. Después del enfriado se limpia la pieza con aire y agua a presión para eliminar restos, pasa por un tratamiento de revenido de la fundición (templado) para estabilizar el material y se manda a mecanizar. B. Mecanizado ¿Qué es el mecanizado? Es un proceso que se realiza sobre la pieza en bruto procedente de la fundición y consiste en un conjunto de operaciones mediante las cuales se va eliminando material. Para hacerlo las herramientas siguen las órdenes diseñadas por el CAM hasta dejar la pieza lista. Los agujeros donde encajan los tornillos es un ejemplo de las actuaciones que se realizan en este momento. Las partes principales a mecanizar son las caras del bloque motor, cárter y culata, esta última con gran precisión y unas tolerancias geométricas y dimensionales muy exigentes. También se realiza el labrando y maquinando de los cilindros, las cavidades para el cigüeñal, las animas para los cojinetes de los árboles de levas y perforaciones varias para que el agua o el aceite, dependiendo de la pieza pueda circular y enfriar el motor. El cigüeñal también recibe un proceso de maquinado intenso.

Muchas veces, cuando se está trabajando sobre las piezas, se advierten defectos que hace que las mismas sean desechadas aunque siempre al final del proceso se realizan infinidad de pruebas para controlar la calidad del producto. Una de ellas por ejemplo es un control de estanqueidad, que comprueba que no existan fugas de ningún tipo en el bloque motor. Existen brazos robotizados para hacen mediciones 3D de todo el mecanizado con una precisión muy alta, alcanzando valores de una micra. El objetivo es conseguir la perfección absoluta o al menos dentro de los márgenes de calidad. Una vez pulidos todos los componentes y se ha finalizado el control de calidad se inicia la línea de montaje donde se procesa y acoplan todos los componentes del motor mediante tornillos, turcas u otros métodos sobre el bloque motor. Este trabajo lo realizan en algunas fases maquinaria robotizada aunque son los operarios los que acoplan la mayoría de las piezas, más de trescientas en total. Se terminó el proceso de fabricación del motor. Esta máquina está lista para ser utilizada pero antes tiene que pasar por la última fase de su producción, el banco de pruebas. BANCOS PARA OBTENCIÓN DE LA POTENCIA. El banco de pruebas es al motor lo que el túnel de viento es a la aerodinámica. Para evaluar la potencia de un motor térmico los fabricantes utilizan esta herramienta. Para ello ancla el motor en una estructura, se instalan todos los elementos que lo hacen funcionar y lo conectan a un freno dinamométrico que simula las cargas que el motor se encontrara en su "vida real". ¿Qué es un freno dinamométrico? Es el encargado de medir los valores del par motor (la fuerza que ejerce un motor sobre el eje de transmisión de potencia). Para ello se emplea una mecanismo que se encarga de crear una resistencia que dificulta el giro al eje del motor. Esta carga ha de ser variable para ensayar distintas condiciones operativas del motor. Como gran amante del ciclismo que soy utilizaré la bicicleta estática como ejemplo para que entendáis fácilmente la forma de actuar de este aparato. Si habéis montado alguna vez en una, sabréis que todas cuentan con un mando que te permite variar la dificultad del pedaleo. Cuando colocamos el mando en la posición 0 es muy fácil pedalear ya que la rueda no cuenta con resistencia alguna y da la sensación que vamos cuesta abajo. A medida que vamos aumentando el valor cuesta más y más pedalear ya que existe dentro de la bicicleta un freno que produce resistencia al giro de la rueda. En este caso se imita el esfuerzo que se hace cuando subimos una cuesta. Igual sucede con los motores.

Se han desarrollado varios tipos de frenos basados en distintos principios. Los más difundidos son los frenos de fricción, eléctricos e hidráulicos, siendo estos dos últimos los más utilizados en los bancos para automoción. Los frenos hidráulicos son los más adecuados para medir la potencia de la mayoría de los motores de combustión interna. Se componen de un rotor que gira accionado por el eje del motor y una carcasa o estator provistos de cavidades y álabes oportunamente conformados que se llenan de agua para cumplir una doble función, frenar el giro del motor y refrigerar el sistema. Una vez que el motor está conectado y en funcionamiento su giro mueve el agua y transforma en calor el trabajo mecánico desarrollado por el motor. Las variaciones de carga se consiguen variando la cantidad de agua en el interior del freno. Cuanto mayor sea la cantidad introduzca en el circuito, mayor será la resistencia que el agua opone a la rotación del rotor, produciendo un par resistente igual al par motor.

. Para ensayar un motor es necesario instalarlo en un banco de pruebas o de ensayos. El dinamómetro es uno de los elementos que lo forman pero no el único. El banco consta básicamente de los siguientes elementos:  Una base firme donde realizar las pruebas. Se emplea para ello un bloque de cimentación que absorbe las vibraciones que se producen debido a la existencia en el motor de fuerzas de inercia no equilibradas.  Una bancada, cuya misión es soportar el motor. Para ello se emplean unos soportes para montar y fijar el motor en la bancada, así como regular la altura y alinear el motor con el freno.  Freno dinamométrico que absorba la potencia desarrollada por el motor, ofreciendo una resistencia al giro de éste, y que esté provisto de un dispositivo para medir el par motor.

 Transmisión que permita la conexión freno-motor con una cierta elasticidad y capacidad de absorber desalineaciones.  Una red de agua. Este elemento es imprescindible ya que los frenos dinamométricos transforman toda la energía mecánica que reciben del motor en calor. Este calor es eliminado por el sistema de refrigeración del freno que suele ser mediante un abastecimiento continuo de agua. En los frenos hidráulicos se ha de mantener la presión del agua dentro de unos límites, ya que por ser el agua el elemento frenante, cualquier variación de presión provocaría una variación en el par resistente y por tanto una variación en la medida Estos son los elementos básicos necesarios para soportar, anclar y medir los valores del motor pero no servirían de nada si no podemos hacerla funcionar. Para ello es necesario conectar al motor todos los componentes que permiten su puesta en marcha como puede ser el sistema de alimentación de combustible que contarán con una serie de instrumentos que medirán el consumo, los dos sistemas de refrigeración del motor (agua y aceite) para evitar el sobrecalentamiento del mismo y por último el sistema de evacuación de los gases de escape que serán enviados a la atmósfera tras pasar por un silenciador. La sala de ensayos suele ser una habitación cerrada y aislada al exterior. El calor generado en su interior es muy alto cuando el motor está en funcionamiento de ahí que cuenten con una serie de ventiladores que evitan el sobrecalentamiento del local. Los responsables de realizar las pruebas se sitúan normalmente en otra sala donde disponen de un pupitre con instrumentos mediante los cuales controlan los órganos de puesta en marcha y de gobierno del motor y el freno dinamométrico, así como los instrumentos de control y registro de datos. Bien, ya hemos visto todos los elementos que forman un banco de pruebas y sólo nos queda analizar las diferentes pruebas a las que son sometidas los motores para obtener mayores rendimientos y mejorar su eficacia. TIPOS DE ENSAYOS. A. Ensayos de investigación y desarrollo. En esta fase siempre se utilizan prototipos de los futuros motores y su objetivo es desarrollar el propulsor o algunos de los componentes que lo forman, o bien el análisis de alguno de los procesos que tienen lugar en el mismo, por lo que en general se precisa una instrumentación sofisticada. Las principales pruebas experimentales son aquellas que sirven para determinar los valores de par motor, potencia, potencia absorbida por rozamiento, consumo de combustible, rendimientos, etc. También se efectúan otras pruebas con el objeto de investigar el desarrollo de los fenómenos físicos y químicos, como puede ser la evolución de las presiones en el cilindro, pérdidas de calor, etc. Cualquier proyecto nuevo debe ser sometido a una larga serie de pruebas experimentales, hasta alcanzar los valores previstos. En esta fase se "maltrata" a las piezas para buscar los límites del diseño y así poder encontrar posibles fallos. Los motores se someten a niveles tanto de carga como de duración extremos. Así, por ejemplo, el prototipo de un motor para un utilitario se le llega a mantener durante 500 horas seguidas a máximo régimen para conocer sus límites. Lo mismo sucede en la F1. Estas pruebas se realizan sólo al motor o se pueden acoplar la caja de cambios y los componentes del ERS para ser testados en su totalidad. En esta ocasión se monta todo el tren motriz, ruedas incluidas sobre un banco de rodillos, igual al utilizado en las inspecciones técnicas que pasan nuestros vehículos con periodicidad. En caso de que aparezcan taras o las prestaciones no sean las previstas inmediatamente se vuelve a iniciar el proceso de diseño y fabricación para poder corregirlas. Un desarrollo adecuado evita problemas en plena temporada. Una vez comprobado que todo parece ir bien en el diseño, se inicia la producción de los motores.

B. Ensayos de producción. Los ensayos de producción son aquellos que se realizan a los motores ya fabricados en serie, y que sirven para controlar que sus características corresponden a las de los prototipos y al mismo tiempo efectuar un periodo de rodaje o asentamiento del motor y por tanto la instrumentación necesaria es relativamente simple. En esta ocasión no se maltrata a las piezas, sólo se realizan las comprobaciones oportunas, sin más. Hay que tener en cuenta que la vida útil de un motor de F1 es limitada. Más ensayos, menos vueltas en la pista. Bueno amigos, espero que os haya interesado este repaso al proceso de creación, fabricación y ensayo de un motor de F1. Dicen que una imagen vale más que mil palabras y este es un claro ejemplo. Os dejo con un extraordinario vídeo creado por Ferrari donde podréis repasarlo al completo. Para concluir es conveniente recordar que los sistemas de simulación son eso, sistemas de simulación y no hay nada como las pruebas reales para determina si una pieza está bien o mal diseñada y construida. Los datos recogidos tras años de experiencia, la mejora en los sistemas informáticos, la capacidad de los procesadores hacen que los sistemas cada día estén más afinados y los márgenes de error se vayan reduciendo pero siempre será la pista quién tenga la última palabra. Las vibraciones producidas por un piano, las fuerzas G generadas en las continuas aceleraciones, los continuos pasos por cuerva y fuertes frenadas nunca podrán ser fielmente reproducidas en un banco de pruebas por muy avanzado que esté. La brecha que separa la simulación con la realidad es cada día será más estrecha. Es posible que en el futuro se termine cerrando por completo y los procesos se simplifiquen, pero eso será otra historia.