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• OrnelaPaez

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Capítulo 1 Introducción de los procesos tecnológicos PROCESO TECNOLOGICO DEFINICION: Un Proceso Tecnológico es un conjunto de operaciones o pasos que se realizan para fabricar un determinado producto. Si en el proceso predominan las operaciones mecánicas, el mismo se denomina proceso tecnológico mecánico; en cambio sí las que predominan son las operaciones químicas, el proceso se denomina procesos tecnológico químico. Entre los dos, existe una vinculación directa, ya que la fabricación mecánica recurre con frecuencia a los procedimientos químicos, y la química utiliza maquinarias construidas por la primera. HISTORIA: En la antigüedad (comienzos del siglo XIX), los distintos productos se fabricaban fundamentalmente por los artesanos. A medida que la demanda fue creciendo, se produjo un rápido desarrollo de máquinas y equipos de producción, que permiten fabricar los bienes en cantidad, con una calidad creciente y a un bajo costo. Dando origen así, a la producción en masa, esta requiere de una organización para armonizar las operaciones de la producción dando comienzo así a la fabricación industrial. Podemos definir a la industria, como un proceso tecnológico realizado por el trabajo racionalmente organizado.  Con la primera revolución, se comenzó a transformar la industria, quedando asi la artesanía de lado. tecnicas

Conocimiento cientifico

tecnologia 

La segunda rev. Industrial, nace con los motores de combustión interna. La tercera y cuarta rev. Estuvo más orientada a la comunicación y robotica. La producción en serie es una gran cantidad de piezas con un gran volumen. Mientras que la producción en marcha, es una gran cantidad y volumen pero no tiene fin. Ambas necesitan de un proceso técnico. La industria moderna se caracteriza por la automatización del trabajo. Automatización: Es el control y la verificación de la automación. En la automatización se destina al factor humano la tarea de controlar el trabajo de las máquinas y verificar la precisión del producto; tal verificación es imprescindible puesto que la máquina y su equipo de herramientas se desgastan, con lo cual sufre esa precisión. Automación: Es el conjunto de técnicas que se diseña para hacer funcionar una máquina. Consiste en reemplazar el trabajo humano en tareas de control y verificación mediante conjuntos electrónicos capaces de dirigir el proceso de fabricación como de controlarlo. La automación, limita de ésta manera el factor humano a la intervención técnica muy especializada, para poner en funcionamiento todo el sistema productivo y para eliminar las eventuales averías cuando éstas son señaladas por el conjunto electrónico. Desde el punto de vista de la metalurgia y siderurgia vemos la clasificación de los procesos tecnológicos:

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1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Fundición por moldeo Forjado Trefilado Laminado Extrusión Embutizado Pulvimetalurgia Soldadura

9. Corte en frio.

CARÁCTER METALURGICO

CARÁCTER MECANICO.

9.1 torneado

9.2 taladro

9.5 cepillado

9.6 mortajado

9.7 brochado

9.8 fresado

9.9 rectificado

9.10 bruñido

9.11 afilado

9.12 afilado

9.14 roscado

9.3 escariado

9.4 limado

9.15 dentado.

Los 8 primeros tienen carácter totalmente metalúrgico, en cambio el 9 es puramente mecánico. Los hornos industriales se clasifican de acuerdo a sus aplicaciones: 

Hornos de Calentamiento: Son aquellos mediante los cuales los metales son llevados a la temperatura de deformación plástica, como ser, forjado, laminado o extrusión.  Hornos de Tratamientos Térmicos: En éstos hornos, los materiales son calentados a una temperatura determinada y propia de cada tratamiento, como: recocido, temple, normalizado, etc. Estos hornos deben reunir los siguientes requisitos: uniformidad de calentamiento, atmósfera controlada y un mejor control de temperatura.  Hornos de fundición:  Hornos de fundición propiamente dicha, mediante los cuales se produce la separación de los metales de sus minerales (por Ej. Alto Horno) o se los refina (por Ej. Siemens Martin)  Hornos de Fusión, donde los materiales metálicos son llevados al estado de fusión y posteriormente se cuelan en moldes para darles la forma de pieza de uso. En los tratamientos térmicos se necesita un rango de temperatura: Horno eléctrico

Q= 0,24 x I2 x R x t (1000)kcal

Donde: I: intensidad de la corriente en amperes. R: resistencia del conductor en ohms. T: tiempo en segundos. Q: cantidad de calor en kcal.   

Poder calorífico Aire teórico Aire efectivo

η Eficiencia = Energía utilizada Térmica Energía suministrada

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El rendimiento térmico de un horno crece cuando se aprovecha el calor de sus humos para precalentar el aire de combustión. Los hornos eléctricos que no producen humos, tienen un rendimiento térmico mucho más elevados que los hornos de llama. 2º CLASIFICACION DE LOS HORNOS INDUSTRIALES, EN FUNSION DEL USO: a) Fragua Hornos de

b) Horno de Reverbero (horizontal y vertical)

Calentamiento

c) Hornos eléctricos a inducción

Hornos de

a) Hornos a llamas (muflas)

Tratamientos

b) Hornos eléctricos de calentamiento directo

Térmicos

c) Hornos a baño de sal (calentado desde el interior y el exterior) d) hornos de fundición

A – Alto horno y Cubilote B – Reverbero: Siemens Martin C – Crisol D –Hornos de fundición eléctrica y arco voltaico.

HORNOS DE FRAGUA: La forma más simple de calentar un material, es ponerlo en contacto directo con el carbón o coque incandescente del hogar abierto de una fragua. La parrilla de la fragua, sostiene el material carbonoso que, una vez encendido se mantiene incandescente por el aire que lo atraviesa desde abajo. El aire se insufla a una leve presión (5 a 20 cm de agua) mediante una bomba manual o un motor. Se precalienta el metal en la superficie del carbón y luego se lo sumerge entre las piedras ardientes del mismo. Las fraguas instaladas individualmente o agrupadas, se utilizan en talleres de forja de escasa importancia, para trabajar el acero dulce principalmente. Debido a su hogar abierto, las fraguas tienen un rendimiento térmico muy bajo, entre 5 y 10 %.Una característica importante en las fraguas, es su zona de reducción que protege al acero calentado contra una oxidación excesiva; no obstante se pierde hasta un 10 % del material. HORNO DE REVERBERO: en éste tipo de hornos la cámara de calentamiento es separada de la cámara de combustión. Hay distintas variedades de ladrillos refractarios, y las características de ellas es mantener la incandescencia, gracias a la alta temperatura. Se colocan intercambiadores que va a calentar el aire de ingreso para poder aumentar el rendimiento, a la eficiencia térmica de los hornos. La temperatura máxima se obtiene en la cámara de calentamiento, de modo que la bóveda y las paredes de la misma se calientan a unos 1.400º C. Tanto los hornos a combustibles sólidos como líquidos, tienen una aplicación principal en forjas; el rendimiento térmico es bajo (8 y 15 %). HORNO ELECTRICO DE INDUCCION A CALENTAMIENTO: en el forjado masivo de piezas de acero cuyo tamaño es reducido, calienta el material mediante hornos que transforman la energía eléctrica en calor, directamente en la masa de la pieza misma. En el calentamiento industrial, se

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utilizan dos tipos de frecuencias: Frecuencia de 50 Hz, que es la frecuencia de red y frecuencia de 500 a 10.000 Hz que es la frecuencia media o alta respectivamente. Ante una frecuencia más alta, la pieza se calienta muy rápidamente en su superficie y con una frecuencia baja la pieza se calienta más lentamente pero a una profundidad mayor. Considerando un ejemplo, como el Acero SAE 1045 HORNOS DE TRATAMIENTOS TERMICOS: debe mantener uniforme la temperatura y una fácil y exacta regulación de la misma, y lógicamente también la velocidad de calentamiento y enfriamiento. Lo que da la contextura del grano es el tiempo de calentamiento como de enfriamiento. En materiales especiales se necesita controlar los óxidos, entonces no se calienta en atmosferas de oxigeno sino en atmosferas controladas. HORNO A LLAMAS (MUFLAS): es un recinto metálico con ladrillos refractarios y es calentado con una llama a gas natural. HORNO ELÉCTRICO DE CALENTAMIENTO DIRECTO: en cuyo interior se encuentran una o más espiras de alambres metálicos efectuados en un material de alta resistencia eléctrica. Al pasar la corriente, los resistores se calientan hasta temperaturas determinadas, e irradian su calor hacia la carga. Todos los hornos se caracterizan por buena uniformidad de calentamiento y una fácil regulación de velocidad del mismo. HORNOS A BAÑO DE SAL: permite producir la combustión en un hogar y los gases producto de la combustión van a calentar el baño de sal. En este caso se pueden distinguir dos tipos: el baño de sal calentado desde el exterior (no tiene que estar en contacto con la carga) y el baño calentado interiormente, actuando la sal como una resistencia eléctrica. Las sales utilizadas en éstos hornos a su vez se clasifican en tres grupos, según su temperatura de trabajo: para temperaturas bajas (entre 150 y 600º C), para temperaturas medianas (entre 400 y 900º C) y para temperaturas altas; depende de la naturaleza y concentración de la sal. HORNOS DE FUNDICION: se clasifican en función de cómo está la carga con respecto a los gases producto de la combustión se trabaja con máximas temperaturas para lograr que se funda el metal. a) Hornos donde la carga está en contacto directo con el combustible y los gases producto de la combustión (GPC). ALTO HORNO: consiste en un tubo vertical de chapa de acero, con un recubrimiento de material refractario y con un dispositivo de carga en la parte superior y otro para extraer el hierro y la escoria en la parte inferior. El aire se insufla cerca de la parte inferior y gracias a la entrada forzada del mismo se aumenta la velocidad de combustión manteniendo la temperatura muy alta. Un horno importante de éstas características puede alcanzar los 30 metros de altura y aún más. El producto que se obtiene en el caso del mineral de hierro, se denomina “arrabio” y además se producen grandes cantidades de gases. El precalentamiento del aire insuflado, significa que se requerirá menos combustible; como el combustible utiliza menos espacio puede aumentarse el rendimiento del horno. CUBILOTE: el metal se carga juntamente con el coque. La eficiencia térmica será alta puesto que, además de la transferencia directa de calor del combustible a la carga, las pérdidas de calor serán pequeñas. La principal desventaja del cubilote, es que la carga, al estar en contacto directo con el combustible y los productos de la combustión, puede absorber cantidades considerables de impurezas (particularmente azufre).

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Consiste en un tubo vertical de acero de 8 a 10 metros de altura, revestido con ladrillo refractario, y todo ello montado sobre una placa de base, soportada por cuatro columnas de acero. b) Hornos donde la carga está aislada del combustible pero en contacto con los gases producto de la combustión. HORNOS DE REVERBERO (SIEMENS MARTIN): se caracteriza por tener un sistema recuperador de calor que permite que el aire y los gases empleados para la combustión sean recalentados. El sistema de recuperación de calor está compuesto por celdas de ladrillos refractarios. Cada 15 minutos se invierte la marcha de los gases accionando unas válvulas, que envían los gases a la chimenea. Cuando el combustible empleado es petróleo, sólo el aire es precalentado en las cámaras recuperadoras; y disminuye su viscosidad y aumenta su rendimiento térmico. En la pared opuesta a las puertas se halla ubicado el agujero de colada, que debe ser “pinchado” para vaciar el horno de su carga líquida. Por éste proceso se obtienen aceros de muy buena calidad, ya que tienen la posibilidad de regular el proceso y hacer las adiciones necesarias para obtener la composición química requerida. c) Horno en el cual la carga se encuentra asilada totalmente desde el combustible y los GPC. CRISOL: La carga puede estar casi totalmente aislada de los productos de la combustión, si el crisol tiene una tapa; pero el método más frecuente consiste en cubrir la carga fundida con una capa de fundente. La incorporación de impurezas durante la fusión se reduce así prácticamente a cero. La eficiencia del combustible como el rendimiento, son bajos ya que es un método lento cuando se necesita una producción considerable. La capacidad de los crisoles puede variar desde unos cuantos kg, usados en laboratorios, hasta 1 Tn. d) Hornos de fundición eléctrica: pueden ser del tipo de arco o de inducción. INDUCCION ELECTRICA: el uso de la electricidad, tiene un costo elevado pero la contaminación de la carga se reduce al mínimo. Se puede obtener rápidamente una temperatura elevada, fácil de controlar. Los hornos de inducción se utilizan para fundir cantidades pequeñas de aceros de aleación costosa y materiales no ferrosos. Pueden ser del tipo de alta o baja frecuencia. Ambos tipos ofrecen el método más limpio químicamente para fundir metales, ya que no puede haber contaminación de una fuente externa. La eficiencia térmica es alta, debido a que el calor se genera dentro de la misma carga. DE ARCO: se usan para la fusión de aceros de aleación y aceros al carbono de alta calidad. Los hornos de arco son generalmente del tipo de arco directo, en los cuales se forma un arco entre los electrodos de grafito sobre la misma carga. La cámara del horno tiene la forma de un tazón y está provista de un techo abovedado, en el cual se encuentran montados los electrodos.

Capítulo 2 LA FUNDICIÓN POR MOLDEO, comprende una serie de etapas tecnológicas mediante los cuales se le da forma a un material metálico, llevándolo al estado líquido y colándolo en un molde para que adopte la forma de una pieza deseada. Al solidificarse el metal en el molde, copia la forma interna del mismo.

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Molde

Arenas de moldeo

Se clasifican de acuerdo a la pieza que se quiera obtener-.

Modelo Noyos

Colada

Taseles Desmoldante

Canales

Soportes

Cuando coloco el metal fundido se llama colada. La calada tiene una serie de aspectos y toda la metodología en si depende de una serie de características de procesos. La fundición de las piezas o elementos de máquinas, se puede clasificar teniendo en cuenta el material metálico que se utilice, en los siguientes grupos: a) b) c) d)

Fundición de Hierro Acero colado Metales no ferrosos Metales livianos

Conceptos generales del diseño de piezas a fundir Aspecto económico: Se trata de la posibilidad de fundir la pieza, con uso de distintos materiales, y hasta fabricarlas con otros procesos tecnológicos, comparando luego el costo con aquel que resulta de fundir una pieza. Aspecto constructivo: Se considera si la pieza debe ser fundida en monoblock (o sea en conjunto) o bien en varias partes más simples y luego unirlas por soldadura o remachado. Esto último simplifica y abarata la tarea de fundición. Factores que influyen en el proceso de fundición a) En cuanto a las dimensiones, hay que evitar ángulos que sean difíciles de desmoldar, es decir mientras se puede extraer fácilmente y sin hacer esfuerzos, más económico y rápido va ser el proceso. b) Del punto de vista de la calidad, es en función de lo que queremos hacer en cuanto a las tolerancias y a las superficies. c) El tipo de pieza puede ser un eje de un determinado motor, una placa, una viga, fundación de un torno entre otros. d) La característica de la pieza final va estar en función del uso, que la podemos mejorar a través de tratamientos térmicos. Diseño de una pieza a fundir: al elaborar el plano de la pieza a fundir, debemos tener en cuenta los siguientes factores: 1. Resistencia mecánica y rigidez de la pieza en servicio 2. Fácil y económica ejecución del modelo y molde 3. Diseño adecuado para evitar rechupes, porosidades y tensiones internas en la pieza colada 4. Diseño adecuado para que el mecanizado posterior sea fácil y económico 5. La pieza colada debe tener las tolerancias dimensionales lo más estrictas posibles.

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Resistencia mecánica de la pieza en servicio: en la solidificación de una pieza, que tiene algunas secciones finas y otras gruesas, se obtienen diferentes estructuras cristalinas, en estas secciones, lo que produce heterogeneidad en las propiedades mecánicas. Fácil y económica ejecución del modelo y del molde a.-

b.c.-

Para una fácil ejecución del modelo, es importante que el contorno del mismo presente un conjunto de formas geométricas simples y en lo posible no curvas. La superficie del contorno debe ser lo más pequeña posible para disminuir el costo de maquinado, esto tiene importancia especial en los modelos y moldes metálicos. Para simplificar y abaratar la preparación del molde, debe diseñarse la pieza de manera tal que su modelo tenga un solo plano de partición. El diseño debe prever la mínima cantidad de noyos y las salidas de aire especialmente porque estos contienen un poco de humedad, por donde escapan los gases, que pueden ser atrapados por el metal originando porosidades.

Diseño adecuado para evitar defectos estructurales Se produce una contracción, causando rechupes; donde el enfriamiento es más prolongado. Estos lugares de la pieza llevan el nombre de nudos térmicos. Cuando la presencia de un rechupe en la pieza no acarrea consecuencias nocivas, dejamos conscientemente que se forme el rechupe. Tolerancias dimensionales y creces de espesor Las piezas en bruto, no pueden tener dimensiones muy exactas, cuando la contracción de la pieza en su enfriamiento es variable en función de factores metalúrgicos, que también son variables. Estos factores metalúrgicos serían: tipo de metal, temperatura de colado, velocidad de colado y velocidad de enfriamiento en el molde. Además, el tipo de proceso de fundición que se aplica, o sea fundición en arena o coquilla y la idoneidad del personal, también influyen en las dimensiones. Pasos a seguir en un proceso de Fundición por Moldeo 1. 2. 3. 4. 5. 6. -

Construcción de un modelo Moldeado o sea la preparación del molde Fusión del metal que se quiere colar Colado del metal Enfriamiento del metal en el molde Desmolde y acabado de la pieza

Solidificación de metales puros: Cuando se vierte el metal líquido en el molde, el calor comienza a fluir hacia la pared; la parte líquida adyacente a la misma sufre un subenfriamiento suficiente como para producir una rápida nucleación. Los núcleos crecen en cristales pequeños orientados al azar que crean una delgada capa inicial. El líquido pierde calor continuamente en direcciones normales a las paredes y va solidificándose, engrosando la capa inicial. Los cristales se desarrollan en dirección de sus ejes principales de crecimiento, que son normales a la pared, y por ellos se forma la estructura columnar llamada también transcristalina (lingotes de cobre y aluminio para laminar). Solidificación de soluciones sólidas:

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La solidificación de las soluciones sólidas continuas como también de aquellas limitadas que contienen pequeñas cantidades de eutéctico, procede de la siguiente manera: en condiciones de enfriamiento industrial, la solidificación es más rápida que la difusión y por ello durante la solidificación se tiene una concentración variable de soluto, concentración cuyo gradiente en el líquido es tanto más acentuado cuanto más rápido es el enfriamiento. Entonces los cristales primaros que forman la capa inicial sobre la pared, no pueden crecer hasta tanto el líquido adyacente no se enfría lo suficiente. La diferencia entre temperatura en que solidifican los cristales primarios y en la que solidifica el líquido adyacente, (enriquecido con el soluto), lleva el nombre de “sobreenfriamiento constitucional”. Modelos de Fundición: el modelo es una reproducción de la pieza que se quiere fundir. Este puede ser de madera, cuando se funden piezas únicas o en pequeñas series, o metálico, cuando se exige una mayor duración en uso o cuando el modelo debe someterse a calentamiento, para casos especiales. Tipos de Modelos: modelo para moldear en arena y tierra de moldeo a) Modelos simples b) Placas modelos c) Calibres de moldear Modelos simples: la forma geométrica reproduce básicamente el contorno exterior de la pieza, al contorno interior, lo determina la forma del noyo. Los modelos simples, pueden ser enteros o con una o dos superficies de partición. Los modelos simples pueden construirse en madera (blanda o dura), de acuerdo a la duración prevista, o de metal, para la fundición en masa. La elección de uno de estos materiales para el modelo, depende de la resistencia a la corrosión (máxima para el latón, mínima para la fundición gris); del costo de maquinado (mínimo para el aluminio y máximo para la fundición gris), y de la duración al desgaste que es máxima para la fundición gris y mínima para el aluminio. Placas Modelos El proceso de moldeo puede efectuarse manualmente o utilizando máquinas moldeadoras. El moldeado mecánico además de ser un método más rápido apisona la masa de moldeo más uniformemente, por lo que mejora la evacuación de gases durante la solidificación. El uso de placas modelos en lugar de los modelos simples, acelera y economiza el moldeado, especialmente cuando se lo hace mecánicamente. Calibres de Moldear En la fabricación de una o pocas piezas grandes que forman un cuerpo de revolución (por ejemplo, ollas) resulta más económico reemplazar el modelo por calibres, que también se denominan plantillas; los mismos tienen un perfil igual al del meridiano interior o exterior del cuerpo a moldear, de modo que girando alrededor de un eje vertical, la masa de moldeo se conforma de acuerdo a nuestros requerimientos. Moldeado Según el tipo de molde empleado para colar una pieza, distinguimos los siguientes métodos de fundición:

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1. - Fundición en moldes comunes: Utiliza un molde de un solo uso (destruible), formado por una masa arenosa aglutinada con material arcilloso. La masa puede ser natural o sintética. 2. - Fundición en moldes especiales: También utiliza un molde de un solo uso, formado por una masa arenosa o de otra naturaleza, con o sin compactación; la rigidez y resistencia mecánica de éste molde se debe a la cohesión conferida por un medio particular de cada método especial. 3. - Fundición en moldes metálicos: Utiliza un molde que se denomina coquilla y es de uso permanente. El elemento fundamental de los moldes en los dos primeros métodos, es la denominada masa de moldeo, por lo que se hace necesario profundizar el estudio de la misma. Masas de Moldeo Por masas de moldeo se entiende una mezcla de diferentes materiales de moldeo, cuyas cantidades son mezcladas en relaciones adecuadas. La masa resultante debe caracterizarse por propiedades tecnológicas adecuadas, las que deben asegurar tanto una fácil ejecución del molde como también su uso eficiente en el colado de piezas. Las propiedades tecnológicas de una masa de moldeo son: 1. - Refractariedad 2. - Resistencia mecánica en frío 3. - Resistencia mecánica a altas temperaturas 4. - Permeabilidad para los gases 5. - Moldeabilidad 6. - Durabilidad en uso repetido Clasificación de las masas de moldeo a) Naturales b) Artificiales Las masas de moldeo naturales son aquellas que, poseen propiedades que las hacen aptas para el moldeo y colado de piezas. Esta aptitud proviene del hecho de poseer por sí y sin intervención alguna del hombre cantidades de arcillas más o menos bien distribuidas que le confieren características de plasticidad. Las masa de moldeo artificiales: son aquellas que se fabrican partiendo de las materias primas constitutivas de una masa de moldeo natural (arenas silicosas limpias sin arcilla, mas arcillas de calidad y otros agregados) y proporcionados en forma tal de obtener las mejores características deseadas para un determinado fin. Por lo tanto es posible seleccionar el tamaño de grano adecuado. Necesita de un proceso tamizado, de agregado de humedad y secado (en caso de exceso). Colada: metal fundido líquido. Puede ser: a) De fondo: cuando coloca el embudo desde el inferior. b) Superior: cuando coloca el embudo desde el superior. c) Combinado: cuando coloca el embudo intermedio. Los defectos: se notan a medida del uso de la pieza.

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a) Rechupes: es debido a la contracción volumétrica que no es la misma a la contracción lineal, es decir tenemos la contracción del estado líquido de solidificación y del estado sólido. En esta última la variación de la contracción volumétrica es lo que nos daría el rechupe. α= lf-li x 100% lprom b) Segregaciones: son impurezas que provienen de una mala colocación de los canales de colada. c) Oclusiones: provienen de gases que se incluyen en la masa liquida. Los gases pueden ser: CO2, CO, H. Moldes especiales de fundición: estos moldes se utilizan en ciertos procesos especiales de fundición, para piezas donde la ejecución de los moldes y sus características son propias de cada uno de éstos métodos. Molde “a cáscara” (Shell – Moulding): utiliza materiales resinosos del tipo fenol-formaldehído o, como agentes aglomerantes de la arena sílice. Prácticamente, el proceso consiste en hacer una cáscara delgada de arena aglomerada con resina, alrededor de un modelo de metal, separando la cáscara del modelo y sujetándola a una cáscara coincidente, para formar un molde completo en el cual puede vaciarse el metal. Aparte de las cáscaras de molde, pueden formarse también noyos en cáscaras; tales noyos se caracterizan por una elevada permeabilidad; además pueden ser hechos huecos debido a la alta rigidez de la cáscara lo que aumenta más aún la permeabilidad En base al invento de Croning está en uso también el procedimiento Dietert, que está logrando una preferencia puesto que da un mayor rendimiento productivo; el mismo consiste en las siguientes fases operativas: Fase a): La masa de moldeo, es sometida a presión neumática que la sopla a través de los orificios cuyas aberturas corresponden al espesor de la cáscara a formarse. Fase b): En ésta etapa, se separa el modelo y la cáscara, juntamente con su alojamiento pasa al horno eléctrico para endurecerse. Fase c): Se extrae la cáscara lista del alojamiento. Durante el desmolde de los moldes colados el material de la cáscara y de los noyos se disgrega con facilidad en polvo, lo que facilita la limpieza de las piezas. Moldes con modelo perdible por volatilización: En la fundición clásica, el metal líquido se vierte a un molde hueco cuyo contorno interno representa la pieza a fundir. En éste caso se utiliza un modelo ejecutado en Poli estireno (telgopor) y se lo embute en una caja de modelo y se lo rodea con arena apisonada. Al verter el metal líquido a éste molde, la alta temperatura primero licua y luego gasifica el telgopor, por lo que el líquido metálico va llenando el lugar ocupado por el modelo, conformándose así la pieza. La ventaja de éste método consiste en: a.No se extrae el modelo del molde lo que resulta en una buena precisión dimensional. b.- Se elimina el uso de noyos por lo que se obtiene ahorro económico y de tiempo. c.El método resulta muy conveniente y económico para fundir piezas en series cortas.

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Resinas Termo – Fraguables: En este proceso pueden distinguirse tres fases de estado físico: A) fase inicial: bajo calor, la resina primero se licua y luego entra en estado plástico. B) con el aumento de temperatura (y/o de tiempo) la resina comienza a endurecerse con lo cual pierde parcialmente la solubilidad. C) en la última fase deja de ser soluble y licuable por completo, lo que significa que la polimerización llegó a su fin. La prolongación del calentamiento conduce a la descomposición de la resina y al desmoronamiento de los moldes o noyos aglutinados con la misma. Resinas Auto – Fraguables: en este caso las resinas, se fraguan sin calentamiento o sea a temperatura normal (auto-fraguado) debido a la acción catalizadora del agregado de ácido y crece la velocidad del auto fraguado. Fundición en Moldes Metálicos o Coquillas: tienen mejores propiedades metálicas, mayor precisión dimensional, mayor rendimiento y bajo costo de producción. Forjado de los metales EL FORJADO tiene por objeto dar la forma requerida al material mediante un aplastamiento originado por presión o percusión. Se necesita un yunque, la pieza o martillo. La deformación plástica que se produce en el forjado tiene lugar en frío o en caliente, según se realice por debajo o por encima de la temperatura crítica de recristalización, respectivamente. En la práctica, el forjado se realiza mayormente en caliente y a temperaturas elevadas, de modo que la recristalización se produce mucho más rápido que la simultánea acritud. Influencia de la temperatura del forjado 1° El proceso de forjado (grado de aplastamiento unitario, consumo de energía) 2°

Las propiedades mecánicas de la pieza terminada que sobrevienen como consecuencia del tipo de grano final.

Como podemos observar en la figura, el acero presente tres (3) zonas de fragilidad, a saber: a.Debajo de 0° C (a unos – 40° C) b.- Entre 250° y 350° C (denominada fragilidad “a color azul”) c.Entre 730° y 900° C (zona de transformación alotrópica   ) El calentamiento debe ser uniforme y no debe ser conducido demasiado rápido pues esto origina tensiones entre las zonas calientes y las frías, tensiones que pueden originar grietas internas. Este peligro se hace más inminente, cuanta menor conductividad posee el metal y cuanto más heterogénea y gruesa es su estructura. Formas de forjado:

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Forjado Libre: se efectúa sin uso de estampas o sea directamente entre el yunque y la masa de un martinete o una prensa. El flujo del metal se efectúa en toda dirección.

En el forjado libre se realizan principalmente operaciones de estirado y recalcado, pero también pueden ejecutarse operaciones de corte y soldadura por caldeo. Las demás operaciones requieren el uso de estampas. Ensanchamiento y alargamiento en el forjado libre Se parte de la ley de constancia del volumen: ho . wo . lo = h1 . w1 . l1 donde: ho y h1 son altura inicial y final de la barra wo y w1 ancho inicial y final de la barra lo y l1 longitud inicial y final de la barra El rozamiento entre la herramienta y el material trabajado confiere al ancho final una forma convexa, determinando por w1 el ancho promedio obtenemos la magnitud del ensanchamiento: e = w1 - wo Durante el forjado en el material trabajado se producen tensiones tanto laterales como verticales. La relación entre éstos dos tipos de tensiones determina el coeficiente de ensanchamiento “q”. El valor de q es: 0 < q < 1 Partiendo de la ecuación anterior, por deducción matemática tendremos las siguientes fórmulas matemáticas: Si w1/wo= 1  ho/h1=l1/lo Si

σl=0  ho/h1= (l1/lo)1-q

Estas fórmulas permiten prever los cambios de dimensiones de una barra a forjar cuando se conoce el valor de q. Pero este valor no es constante para un acero forjado, pues depende de diversos factores (temperatura y su gradiente, material, grado de reducción determinado por la relación entre ho y h1 y relación entre ho y wo); de todos estos factores, el más importante es lo que denominamos relación de mordedura. Rm = b / wo

donde b: ancho de la maza

móvil. Forjado Cerrado Con éste sistema se persigue lograr piezas con tolerancias dimensionales estrechas y muy aproximadas a las definitivas, tendiéndose así a disminuir el mecanizado de terminación. La exactitud de las dimensiones de piezas forjadas en estampas se debe al hecho de que el flujo del metal es controlado por el contorno interno de la estampa. Este método requiere estampas mecanizadas, y grandes producciones para que resulte económico. Las estampas pueden ser de dos tipos: a.Cerradas: en las mismas se deja solo la entrada para un macho, tales estampas se aplican en la producción de piezas pequeñas como por ejemplo, bulones.

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b.Partidas: están compuestas por dos semi – estampas, en las cuales la impresión de la pieza está divida. El flujo que se produce en cada semi – estampa es distinto. Operaciones parciales de forjado en estampas a.- Forjado preparatorio b.- Forjado de terminación c.- Operaciones complementarias como, rebabado, tratamientos térmicos, acuñado y limpieza. Forjado preparatorio :Tiene por objeto obtener una distribución de la masa metálica con dimensiones aproximadas a la pieza, con el menor número posible de los golpes. Las operaciones preparatorias se pueden efectuar en estampas previstas a ese fin o bien directamente por forjado libre. El forjado preparatorio comprende las operaciones de estirado, aglomerado, curvado y estampado. El estirado consiste en aumentar la dimensión longitudinal de la pieza y se efectúa con estampas convexas; el aglomerado es una operación contraria al estirado y consiste en formar núcleos de material en los extremos o en el medio de una barra para poder efectuar luego las operaciones de estampado; éstas dos se efectúan con estampas cóncavas. El proceso de curvado tiene por objeto doblar el eje de simetría de la pieza. En el estampado previo, última operación de preparación, se consigue llevar el material a una distribución de volumen prácticamente semejante al de la pieza terminada; la diferencia está en que esa pieza es un poco más alta y más estrecha que la pieza terminada. Su forma aproximada no tiene ángulos bien perfilados, las uniones son más redondeadas. Forjado de terminación: este proceso se realiza con estampas simples o con estampas múltiples. En la estampa simple tenemos una sola impresión de la terminación. En cambio, la estampa múltiple contiene varias impresiones, tanto las preparatorias como las de terminación. Operaciones Complementarias: el rebabado es la operación mediante la cual se quita la rebaba de la pieza forjada. Esta operación se realiza con placas de corte y punzones. La placa de corte tiene la forma perimetral de la pieza y sobre ella va asentado la pieza con su rebaba; el punzón reproduce fielmente a la pieza en la parte a apoyar; se ejerce una presión sobre la pieza y se efectúa el corte, generalmente éste corte se hace en caliente. Luego del proceso de rebabado, que puede originar algunas deformaciones, se suele efectuar un proceso de acuñado, que tiene por objeto alinear perfectamente la pieza. Forjado Axial: se efectúa en máquinas denominadas retopadoras; estas máquinas difieren de los otros tipos de máquinas para el estampado, en su modo de trabajar. La retopadora horizontal se utiliza siempre para los trabajos de ensanche, nunca para alargar, esto limita su empleo a ciertos tipos de forjado. Tiene un conjunto compuesto por dos semimatrices: una fija y una deslizante. Existen tres (3) reglas que nos permiten realizar el trabajo más eficiente y correcto en las retopadoras horizontales: Regla N° 1 El límite máximo de longitud (L) para recalcado en un solo golpe, en la extremidad de una barra no guiada debe ser menor a tres veces el diámetro (D) de la barra misma. En la práctica, L generalmense te mantiene debajo de 2,5 D.

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Regla N° 2 Para recalcar en un solo golpe barras con longitudes no superiores a tres veces su diámetro, el máximo aumento obtenible en la sección transversal debe ser no superior a una vez y media el diámetro de la barra. En la práctica se emplea 1,4 D Regla N° 3 En un recalcado que sea necesario efectuar, y que la longitud sea mayor que tres veces el diámetro de la barra, y que el diámetro de la cavidad de la matriz inferior a una vez y media el diámetro de la barra (norma N° 2), la longitud que sobresale fuera de la matriz (L – L1), no debe exceder el diámetro (D) de la barra misma. En la práctica se toma: L1 > L – D / 2 Potencia de las Máquinas Retopadoras: para establecer los límites con respecto a la potencia de las máquinas es necesario considerar: la superficie frontal máxima de la pieza estampada, el espesor y la forma de la pieza a estampar. La fórmula que ayude a resolver este problema es la siguiente: P = F. p . k P: presión necesaria para el estampado. F (mm2): superficie de la pieza a estampar, medida en dirección normal a la acción del estampado. p (Kg/mm2): es la carga de rotura en caliente del material a estampar. k: coeficiente que varía en función de las proporciones entre las diversas dimensiones de la pieza estampada. Máquinas de forjado Las máquinas necesarias para realizar el proceso de forjado pueden ser de dos tipos: A.-Martinetes: realizan la deformación plástica por percusión B.-Prensas: el trabajo de deformación plástica se efectúa a presión. Las máquinas retopadoras pertenecen a las prensas. Martinetes El trabajo del forjado está realizado por la energía acumulada en la masa móvil la que cae por gravitación contra la pieza que es colocada sobre el yunque. El yunque propiamente dicho reposa sobre un bloque de respaldo (que es de acero) denominado chabota. La energía del golpe produce dos efectos: 1. En una parte se transforma en trabajo de aplastamiento originando el efecto útil. 2. Otra parte de su valor se transmite en vibraciones de la chabota y pasa al suelo a través de la fundación. Los valores de estas dos partes de la energía son lo siguientes: Et = m1. v2 / 2

La energía cinética total de la maza móvil:

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(1)

Donde: m1 es la masa física de la maza móvil y v la velocidad de la misma en el momento del impacto. La energía útil será:

Eu = m1 . m2 . v2 / (m1 + m2) . 2

(2)

Donde: m2 es la masa física de la chabota y el yunque conjuntamente. El coeficiente del rendimiento de un martinete (), está dado por la relación entre el efecto útil y la energía total del golpe:  = Eu / Et = m2 / (m1 + m2) (3) Por lo tanto el rendimiento será mayor cuanto más pesada sea la chabota. Es por eso que el peso de la última es de 15 a 20 veces superior al peso de la maza móvil; en los martinetes de caída usados para forjado en estampa, ésta relación es del orden de 23 a 1. Por otra parte, el trabajo de deformación es T = Kc . V, donde Kc es la resistencia específica a deformación en el forjado y V el volumen desplazado del metal; V = S . h, donde S es la superficie aplastada y h la altura aplastada, entonces: T = Kc . S . h

 h = T / Kc. S

Para nuestro cálculo: Kc = 16 Kg / mm2 S = 60 x 60 = 3.600 mm2

h = 2.100 . 1.000 / 16 . 3.600 = 36 mm

En éstas condiciones de caída podemos reducir la barra en 36 mm mediante el martinete. La prensa debe realizar el mismo trabajo o sea: reducir la altura en 36 mm del material. La fuerza F necesaria de la prensa debe ser: F = T / h Distintos tipos de martinetes Martinete mecánico a transmisión directa: son martinetes de baja o media potencia que trabajan a simple efecto debido al peso propio de la maza móvil. El modo de accionamiento de ésta determina el tipo de martinete, del mismo podemos distinguir tres tipos más corrientes: a) Accionamiento con tabla de madera: la distancia entre los dos tambores es regulable mediante un mecanismo a excéntrico comandado por un pedal para alejar los tambores y por un resorte para acercarlos para la subida. Martinete mecánico a transmisión a resorte: este tipo de martinete se utiliza en talleres pequeños. Este tipo de máquina presenta dos inconvenientes: a.Los resortes son de poca duración b.- El número de golpes resulta ser reducido cuando son suaves y aumenta cuando son más intensos, contrario a lo que se necesita en el forjado.

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Martinete mecánico a transmisión elástica neumática: los inconvenientes descriptos en el martinete a resorte se han corregido por la introducción del aire como medio elástico de amortiguación. Martinetes Neumáticos y a Vapor: los martinetes mencionados en el párrafo anterior se han perfeccionado por la introducción de una bomba de aire que alimenta el cilindro principal con el aire comprimido a través de uno o más cilindros auxiliares alojados en el bastidor. Sobre este principio se construyen los martinetes neumáticos con bombas propias tipo Massey.

Capítulo 3 PERFILADO PLASTICO Se llama perfilado plastico a toda aquella deformacion que soportan los materiales. Se entiende como la operación en la cuál la masa de un material pasado a través de una matriz adecuada adquiere en su sección transversal un perfil determinado como: redondo, cuadrado, hexagonal, etc. y por su longitud adquirida forma una barra, tubo, alambre o chapa.

Zona elástica: Toda deformación que se aplica al material, vuelve a sus condiciones iniciales sin sufrir ningún tipo de alteración. Deformación plástica: comienza a producirse deslizamiento entre los granos y la estructura cristalina. Esta va a tener un gran significado desde el punto de vista de las operaciones que vimos, como por ejemplo el forjado, el trefilado, el embutizado, la laminación y la extrusión. Entonces, se consideran como procesos de deformación plástica, a los siguientes métodos:     

Forjado Trefilado Extrusión Laminación Embutizado

En todas ellas, se produce una deformación plástica y por ende la obtención de la determinada pieza simplemente por darle la forma adecuada a ese material.

Hay materiales muchos más factibles de deformarse que otros, esto se da debido a la dureza. La dureza significa que tiene una estructura cristalina y por ende granular mucho más reducida y más firme. En aquellas estructuras en la que los cristales se van a acomodando de tal forma cuya tensión entre ellos es muy grande, resisten más pero son más fáciles de quebrar, es decir son más duros pero a su vez mas quebradizos. Existen dos propiedades tecnológicas:  Ductilidad  Maleabilidad

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En cada uno de los materiales, se puede realizar una u otra operación porque interviene justamente la forma cristalina estructural de grano y su forma de realizar los esfuerzos intergranular. Se conoce como ductilidad a la propiedad de aquellos materiales que, bajo la acción de una fuerza, pueden deformarse en forma de hilo sin llegar a romperse. La maleabilidad es la propiedad que presentan algunos materiales de poder ser descompuestos en: laminas sin que el material en cuestión se rompa, o en su defecto, extendidos, sin que tampoco se dañen. Se puede estirar pero no se puede laminar. ENTRE LOS DOS FORMAN PIEZAS DE MATERIALES QUE ESTAN EN LA ZONA PLASTICA. Deformación plástica en frio: podemos distinguir los siguientes conceptos: 1°.- La deformación plástica en frío se produce por un deslizamiento de las partículas cristalinas y principalmente por el desplazamiento de dichas partículas según planos de simetría cristalográficos del material. Esta deformación es más profunda, sin llegar a la rotura del material, cuando: a.- El material posee un mayor número de planos de fácil deslizamiento, el primer lugar lo ocupan los materiales pertenecientes al sistema cúbico de caras centradas (Al, Au, Ag, Cu, Fe, latón); el segundo lugar, pertenece a los materiales del sistema cúbico De cuerpo centrado (Fe); y en tercer lugar los materiales del sistema hexagonal (Mg, Zn). 2°.- El progreso continuo de la deformación requiere cada vez mayor esfuerzo externo que lo produce; este hecho lo podemos observar en un simple ensayo de tracción, donde para aumentar la longitud de la probeta se debe aplicar fuerzas cada vez mayores. Simultáneamente crece la dureza del material como así también su fragilidad, con lo cual el material se hace cada vez menos plástico y menos apto para seguir deformándose, hasta que finalmente se rompe. 3°.- Los cambios de propiedades mecánicas se producen como consecuencia de los cambios de estructura cristalina que tienen lugar durante la deformación. En la deformación plástica, podemos observar tres etapas: En ingeniería, la resiliencia es una magnitud que cuantifica la cantidad de energía por unidad de volumen que almacena un material al deformarse elásticamente debido a una tensión aplicada Primera Etapa Dentro de cada cristal, ocurren deslizamientos direccionales; a raíz de tales desplazamientos, aunque no muy avanzado, sobre la superficie pulida de la pieza se observan una ligera aspereza (líneas de Luders) denominada acritud. En los materiales pertenecientes al grupo de cubo de cara centrada, el deslizamiento direccional dentro de un mismo cristal puede observarse hasta en tres sentidos distintos. El aumento de temperatura origina en un material mayor número de estas direcciones, por ello los materiales calientes son más plásticos. Segunda Etapa Al progresar la deformación bajo una fuerza externa creciente, cada grano inicial se rompe en cristales más finos cuyo diámetro promedio se estima en el orden de 10 -6 a 10 -3 cm. Tercera Etapa Cuando el material se deforma, se produce un flujo plástico y dentro del mismo cada cristal es capaz de cambiar su posición inicial de una sola manera ajustando su posición a los cambios

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semejantes de los cristales vecinos. De este modo originan una mayor resistencia contra la deformación. (Por eso se dice que un material de grano fino tiene mayor resistencia a la tracción y mayor dureza que un metal de grano grueso). En cambio, si la deformación plástica se utiliza para dar forma a las piezas, el endurecimiento inducido por la operación se hace sumamente indeseable, puesto que limita la continuación de la operación deformante y ello se debe a dos motivos: a.- la operación requiere cada vez mayor consumo de energía y mayor robustez de las máquinas. b.- en casos extremos de endurecimiento las piezas sufren roturas Para corregir estos inconvenientes, se recurre a un tratamiento térmico denominado recristalización. Se denomina recristalización a un tratamiento térmico de recocido, que se aplica a los materiales que han sido deformados en frío. El recocido es un tratamiento térmico cuya finalidad es el ablandamiento, la recuperación de la estructura o la eliminación de tensiones internas generalmente en metales. VELOCIDAD DE DEFORMACION La resistencia de los materiales metálicos a la deformación plástica depende en gran medida de la velocidad de dicha deformación. Si el límite de fluencia determinado en el ensayo de tracción (deformación lenta, casi estática) caracteriza la aptitud del material para deformarse estáticamente, entonces la deformación ejecutada a una velocidad superior o sea deformación dinámica, está determinada por el límite de fluencia bajo carga dinámica. Para fines prácticos conviene vincular los dos límites de fluencia mediante un coeficiente que se consigue por vía experimental: se mide la fuerza Fd necesaria para producir una determinada deformación dinámica y entonces Kd = Fd / (S 0 – S 1 ), donde Kd es el límite dinámico de fluencia; y S 0 , S 1 , las secciones afectadas inicial y final respectivamente. Una vez determinado el límite de fluencia Kt bajo la carga estática (ensayo de tracción) el coeficiente buscado será: a = Kd / Kt; por tablas podemos observar el valor de éste coeficiente para diversos tipos de deformación plástica aplicada a los aceros comunes. Kt = coeficiente de rotura estático Kd= coeficiente de rotura dinámico a= nos indica las veces en que esa fluencia bajo carga dinámica puede actuar en función de la estatica. Deformación en Caliente Los materiales sometidos a una deformación en caliente demuestran una mayor plasticidad, debido a dos factores: a.- Un determinado aumento de temperatura hace que los deslizamientos fáciles se produzcan sobre un mayor número de los planos, es decir, la misma fuerza externa es capaz de producir una mayor deformación en caliente que en frío. b.- Si bien la deformación tiende a endurecer el material por acritud, simultáneamente actúa la recristalización que lo ablanda. Para ello es suficiente que la deformación se realice a una temperatura superior a la de recristalización (superior a la del punto C). Por lo general la temperatura mínima de una deformación en caliente es superior a la exigida por el fenómeno señalado en el punto a. Finalmente, para una determinada velocidad de deformación existe una determinada temperatura en la cual el endurecimiento inducido se elimina con el ablandamiento simultáneo. Se habla de un perfilado en frio y uno en caliente, pero en realidad no es en frio, cuando hablamos del mismo hablamos de temperaturas menores a la recristalización.

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Trabajo de Deformación La pieza sometida a un flujo plástico cambia su forma geométrica sin que se cambie su volumen; esta “constancia del volumen” es característica para todo cuerpo de constitución cristalina sometido a una deformación. Físicamente el trabajo de deformación es producto de la fuerza multiplicada por el camino de su acción. Todas las ecuaciones tienen en común dos parámetros, a saber: a.Valor de la resistencia contra deformación o sea el coeficiente Kc. b.El volumen V del metal desplazado en la deformación. Para cada proceso de deformación plástica, se aplica una ecuación de trabajo determinada. Por ejemplo, para un forjado libre sin rozamiento, la fórmula de trabajo será: T = Kc . V (Kg mm). Las herramientas que sirven para dar una forma determinada al metal durante su deformación constituyen una fuente de fricciones o rozamientos. El rozamiento da origen a una resistencia adicional del material contra la deformación. Es muy difícil establecer un valor por medio de una fórmula teórica, puesto que ésta resistencia varía según el grado de la fricción. En la práctica para tener en cuenta la influencia del rozamiento se procede de dos maneras distintas: 1°. se establece por vía experimental el valor promedio Kr de la resistencia originada por rozamiento; entonces sumando los valores Kc y Kr se obtiene un valor de resistencia total K. Entonces tendríamos las siguientes fórmulas: F = K (S0 – S1) y T = K. V (V es el volumen desplazado en el forjado libre). La K total es la que influye en el trabajo, por lo tanto ktotal x vol. Total = TrabajoTotal, entonces el TrabajoTotal x Vel. Proceso = POTENCIA (para ver que motor eléctrico le debo poner) 2°. Se establece también por vía experimental, el coeficiente ηr en la deformación de una pieza forjada (ηr < 1) y entonces las fórmulas serán: F = Kc / ηr. (S0 – S1) y T = Kc. V / ηr. La fuerza en si depende de la naturaleza del material (forma en que se conforma ese cristal primario, si es cara centrada, cubo centrado o hexagonal) Al hablar de tipo de deformación estamos hablamos de los procesos.

Capítulo 4 EMBUTIZADO: cuando a un material (generalmente en forma de lámina o plancha plana) se la coloca sobre un molde hueco y por la acción de un punzón que la presiona, se la obliga a entrar en dicho molde, se dice que dicho material ha sido embutido. En ésta operación hay un cambio de forma del material del cual se parte, y dicho cambio se produce debido a la deformación plástica del mismo.

Es frecuente a través de éste proceso formar un componente en forma de copa, partiendo también de una lámina plana (en forma de disco). Es un proceso de formado, seguido de estampado.

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Si observamos las distintas etapas de transformación del material: 1. - Los movimientos del material siguen el camino de la resistencia mínima a la deformación. 2. – la pieza va adquiriendo su forma por medio de seguir el contorno del punzón. 3. - En las distintas partes de la pieza en formación aparecen las siguientes tensiones: a) Tracción biaxial del metal en su parte dentro de la matriz. b) Flexión del material sobre el borde de la boca de la matriz. c) Tracción en la parte anular o periférica, a cuya tensión se suma la compresión al cerrarse el punzón sobre la matriz. La experiencia indica que las chapas recién de un espesor no menor de 3 mm, son lo bastantes rígidas como para ser embutidas sin que se formen las arrugas mencionadas. La tendencia a arrugarse, de chapas con espesor menor a los 3 mm, puede ser impedida colocando un dispositivo adicional denominado “sujetador” que ejerce cierta presión determinada sobre la superficie anular del disco.

El modo de evitar la formación de pliegues es teniendo en cuenta los siguientes factores: 1. - La relación entre el diámetro del punzón y el espesor de la chapa debe ser ajustada. 2. - La relación entre el diámetro exterior del disco y el diámetro del punzón, también debe ser ajustada. 3. -La profundidad del embutido que se determina por el grado de la deformación plástica, debe estar dentro de los límites admisibles.

Embutido vs. Estampado en Frío (forjado en frío) Se puede definir al estampado en frío como un embutido profundo; el límite aproximado entre los dos procesos es la relación entre la profundidad del embutido y el diámetro de la pieza embutida (mayor que 1). Se puede definir al embutido como la formación de cuerpos huecos, partiendo de placas o chapas, por medio de la deformación plástica efectuada entre una matriz y un punzón apropiado. Desde el punto de vista industrial, el embutido es un proceso de producción rápida y económica. La profundidad final del producto embutido requiere, a veces, una o más repeticiones de la operación con otro juego de herramientas.

Factores determinantes de la deformación plástica en el embutizado

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1. -

Aptitud del material para ser embutido

2. -

Velocidad de la deformación plástica durante el proceso de embutido.

3. -

Lubricación

4. -

Forma geométrica de la matriz y del punzón

1.- Aptitud del material para ser embutido Si consideramos esta figura, los triángulos rayados representan el material sobrante que tiende a formar pliegues; como el sujetador impide esa formación, ésta parte superflua del material fluye plásticamente. Sobre la base de la constancia de volumen y teniendo en cuenta: d:

Diámetro del casco cilíndrico

h:

Altura del casco cilíndrico

D:

Diámetro del disco de partida

 .D2 =

 .d2 +  .d. h



D =  d2 + 4. d . h

4 4 Esta ecuación permite calcular el diámetro D del disco para embutir el casco requerido. Con la condición de igualdad de los espesores: del disco y la pared del casco formado, se determina el grado de deformación plástica mediante relaciones siguientes: D - d . 100 D

(%)



D - d : se denomina “Relación de embutido”

El aparato Olsen u otro semejante de Erichsen, que reconstruyen las condiciones del embutido, consiste en una matriz en la cual un punzón con punta semi – esférica obliga a pasar al material. A medida que avanza el punzón se mide tanto la presión ejercida como la profundidad embutida; un instante antes de que se produzca la ruptura del casco, cesa la presión, puesto que el material en este momento fluye plásticamente sin que su extensión necesite un aumento del esfuerzo. En la fabricación de piezas embutidas es regla general que la profundidad de embutido en una sola operación, nunca debe ser mayor que el diámetro del casco (o dimensión correspondiente en otra forma geométrica), o sea: h ≤ d  D – d ≤ 50 % D Para conseguir mayor profundidad de la pieza, se repite la operación, pero disminuyendo el grado de reducción admisible en cada operación consecutiva. El número de operaciones sucesivas, consiste en el procedimiento siguiente: si se quiere embutir un caso de profundidad hf y diámetro df final, entonces en base de las experiencias anteriores con un material dado, se toma por estimación: a.Número de operaciones necesarias, teniendo en cuante la condición h ≤ d. b.Grado de reducción porcentual en cada operación sucesiva, teniendo en cuenta:

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D – d ≤ 50 % D De este modo se llega a las dimensiones supuestas h1 y d1 del casco que debe obtenerse en la primera operación. Luego se determina el diámetro D del disco de partida. Parámetros característicos a tener en cuenta en el proceso de embutizado a. Resistencia máxima a tracción (R): las roturas de las piezas en formación ocurren sobre el perfil del punzón, donde el material transmite fuerzas de deformación sufriendo tensiones de tracción, por lo tanto, la resistencia alta a la tracción del material, admite su deformación más profunda, siempre y cuando el mismo tenga la ductilidad necesaria. b. Límite de Fluencia: cuanto más bajo es su valor con relación a la carga de rotura, tanto mejor se deforma el material. c. Alargamiento: esta propiedad representa una medida directa de la ductilidad en tracción. El alargamiento porcentual crece a medida que aumenta el espesor de la chapa. d. Alargamiento de Fluencia: es el porcentaje de la extensión total correspondiente al flujo plástico o a la carga del límite de fluencia. Esta propiedad es vinculada con la formación de las líneas de Luders, si el material la demuestra sobre la superficie de piezas fabricadas aparecen defectos bajo forma de aspereza, llamada “cáscara de naranja”. e. Anisotropía de las propiedades mecánicas: es la propiedad general de la materia según la cual determinadas propiedades físicas, tales como: elasticidad, temperatura, conductividad, velocidad de propagación de la luz, entre otras. Estructura Cristalina El material de grano grueso, aunque demuestra una ductilidad alta, se fractura con facilidad cuando embutida, además, produce aspereza en la superficie del producto. En cambio, un grano demasiado fino confiere una ductilidad pobre al material.

(a)

(b)

(c)

Distintos defectos observables en el proceso de embutido a.- Vaso en que ha fallado la curvatura del punzón b.- Vaso embutido con “orejas” c.- Superficie rugosa o de “cáscara de naranja” 2. Velocidad del embutido: en el embutido de piezas cuya profundidad es superior al diámetro de las mismas, la velocidad de deformación constituye un factor importante. En este caso, se originan grandes fuerzas de rozamiento entre el sujetador y la cabeza del punzón de un lado, y de otro, el material fluye plásticamente. A medida que crece la velocidad del flujo, estas fuerzas crecen en una relación progresiva; en su efecto, si la resistencia propia del material no es superior a la resistencia ofrecida por rozamiento, el metal se fractura. Además el material necesita tiempo para moverse; por ello debe ser muy reducida la velocidad inicial del punzón,

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pudiendo ésta crecer a medida que se desarrolla el flujo. Este detalle es importante en la construcción de prensas empleadas en el embutido. Una velocidad excesiva del punzón aumente la tendencia del material a arrugarse, también dentro de la matriz.

3. Lubricación: generalmente en todas las operaciones de embutido se utiliza lubricación. Un lubricante adecuado debe formar una película como para resistir fuerzas de rozamiento, además, como el rozamiento y la deformación plástica del material generan calor, dicha película debe crecer a media que crecen: a) la velocidad de operación y b) el espesor de la capa trabajada, pues crece entonces el grado de deformación.

4. -

Forma geométrica de las herramientas de embutir:

En la práctica, existen las siguientes consideraciones: 4.1.

Matriz: el radio R de la matriz tiene gran influencia cuando se trabaja chapas de un espesor inferior a los 3 mm. En tal caso debemos tener en cuenta lo siguiente: R = 4 a 15 e, donde (e) es el espesor de la chapa. Un radio menor produce facturas en las piezas, y un radio mayor da lugar a la formación de arrugas. Los valores numéricos, entre los 4 y 15, se toman más grande cuando: a.crece el espesor de la chapa (> e) b.crece la profundidad del embutido (>h) c.decrece la ductilidad del material (< ductilidad) 4.2. Punzón: para el acero dulce embutido, se tiene: Con h > d ……………… r = 6 a 12 e Con h < d ……………… r = 4 a 8 e Para aluminio ……………. r = 4 e (siendo e igual al espesor de la chapa o cinta). Materiales utilizados en el embutido: los materiales aptos para embutir son los metales y sus aleaciones que se caracterizan por tener una ductilidad suficiente, como así también diversos materiales no metálicos, como: fibra, baquelita, celuloide, etc. Con respecto al material metálico, éste se emplea bajo la forma de chapas o cintas (flejes), su espesor se da en fracciones de pulgada y es normalizado de manera tal que el número más alto de la chapa corresponde al espesor más fino de la misma. Los espesores para el embutido son comprendidos entre 0,5 y 0,03 pulgada. A.Materiales Ferrosos  Aceros: las chapas o flejes son obtenidos por laminado en caliente con el espesor mínimo aproximado de 1 mm (Nº 18) o en frío con espesor máximo de 3 mm (Nº 8).  Aceros al Carbono: se utiliza en clase desde 1008 hasta 1035 con la condición de que para el embutido más profundo (h > d) se adaptan aceros con el porcentaje de carbono C ≤ 0,15 % solamente, y por ello debido a la ductilidad necesaria. Las chapas y cintas pueden ser tanto recocidas como endurecidas en frío.  Aceros Inoxidables: son aceros (al Cr ≥ 11 % o al Cr – Ni). Estos aceros tienen numerosas aplicaciones en piezas embutidas con destino a la industria química o a la de alimentación.

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El embutido de éste material es más costoso que el del acero común, por mayor consumo de energía y de útiles. B.Materiales No Ferrosos: el cobre y sus diversas aleaciones, ocupa el primer lugar para embutir. 

Cobre: cuando se quiere embutirlo profundamente, el metal debe tener el grano inicial muy fino (0,01 – 0,02 mm); además, debe ser previamente endurecido en ¼. Como lubricante, se utilizan aceites vegetales o combinados.  Latón: se utilizan generalmente dos clases de latones: a.- Latón α + β (62 a 63 % de Cu). b.- Latón α (70 % Cu) llamado latón de vaina que se caracteriza por su alta aptitud para el embutido profundo.  Níquel: en el embutido se comporta como si fuera un acero dulce.  Metal Monel: es un material compuesto (Ni = 70 % - Cu = 27 % - Fe = 3 %), siendo éste metal más duro que el Ni, requiere matrices con el radio R mayor; También requiere de una lubricación mejor. Los recocidos intermedios son a los 500º C.  Zinc: solo puede embutirse en caliente, a temperaturas entre 40 y 90º C, pues entonces reúne la ductilidad con tenacidad necesaria. Como lubricante se emplea vaselina. C.-

Metales Ligeros



Aluminio: se utiliza mucho tanto en el embutizado profundo como con poco grado de reducción. En el primer caso se prefiere chapa endurecida en ¼ o, pues ésta admite mayor grado de reducción. Para embutir el aluminio, es de suma importancia que el radio R de la matriz sea exacta.  Aleaciones de Aluminio: las aleaciones llamadas duraluminios y sus semejantes son utilizadas con mayor frecuencia, tanto para embutizar piezas pequeñas como grandes, de poca o mucha profundidad. En todos los casos del empleo de estas aleaciones, la operación del embutizado debe efectuarse dentro de una hora, después de haberse efectuado el temple o sea antes de que empiece el proceso de envejecimiento natural.  Aleaciones de Magnesio: en el embutizado se utilizan aleaciones cuya constitución cristalina corresponde a la solución sólida α, siendo los elementos aleadores: Al = 3 – 6 %, Zn = 1 % o Mn = 0,5 – 1,5 %. A temperaturas no inferiores a 225º C demuestran un notable aumento de ductilidad, de modo que el material puede ser embutizado en caliente con igual facilidad que el aluminio puro. Máquinas para embutir a.- Por transmisión mecánica, mediante un juego de cremallera – piñón; éstas prensas son de poca capacidad y se las emplea para embutidos profundos de piezas pequeñas (vainas de munición portátil). b.- Por transmisión mecánica, mediante un juego biela – manivela; éstas máquinas son las que se emplean con la mayor frecuencia, debido a su construcción simple, durable y barata. Su capacidad varía entre las 150 Tn, hasta las 3.000 Tn. c.- Por transmisión hidráulica, en estas prensas, las condiciones de deformación plástica permiten efectuar el embutido a toda profundidad que sea admitida por las propiedades del material.

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Operaciones en el Embutido: a pesar de la gran variedad de operaciones que se emplean en el embutizado industrial, casi todas pueden ser agrupadas del siguiente modo: 1.Cinco operaciones principales. 2.Seis operaciones menos frecuentes. Operaciones principales Figura parcial A y A1: la diferencia entre las dos figuras, radica en el empleo o no de un sujetador. En esta operación se forma el casco cilíndrico u otra pieza mediante un solo golpe del émbolo. Si la pieza ha de ser embutida a mayor profundidad se la somete a una o más embuticiones consecutivas, empleando uno de los métodos de los esquemas de las figuras B a E. Figura parcial B: es uno de los métodos más utilizados. El diámetro del casco de la operación A, queda reducido cada vez más en operaciones sucesivas del método B, por regla general, se emplea el sujetador. Figura parcial C: este método se denomina embutizado inverso. En el mismo, el casco de la operación A, se coloca al revés sobre la boca de la matriz. La experiencia demostró, que tal cambio del sentido de la deformación permite obtener mayor profundidad de embutizado, en comparación con el método B. Se puede apreciar que en los métodos B y C se logra la profundidad de embutizado por reducción del diámetro inicial del casco (obtenido en la operación A) sin que la pared del mismo sea también reducida o adelgazada. Figura parcial D: en ésta operación el diámetro inicial del casco no sufre cambio; la profundidad creciente se logra a costa del espesor de la pared; el material de la misma está sometido a un “planchado”, puesto que la distancia entre el punzón y la matriz es más estrecha. Figura parcial E: se utiliza para el embutizado de cuerpos cónicos; primero según el método B, se efectúa en la misma pieza una serie de embutidos que dan diámetros graduados aproximando la forma de la pieza a la final, o sea cónica. Luego en la última operación se efectúa un “planchado” recibiéndose la forma final trazada en la figura E. Operaciones menos frecuentes Figura parcial F: este método sirve para formar piezas pandeadas; para ello se aloja el casco cilíndrico en la matriz partida en dos mitades y sujetas éstas por un anillo cónico. Luego se llena el cilindro con goma, la que bajo compresión de un sólido punzón, efectúa la expansión del casco según las paredes de la matriz. Para el pandeado más extenso se utiliza cera en lugar de la goma. Figura parcial G: la deformación que aquí tiene lugar consiste en un estiramiento durante el cual la carga sobrepasa el límite de elasticidad del material. Podemos observar en la figura que la periferia del disco queda apretada de moto tal de que su material no sufre un flujo plástico. Esta operación se utiliza para formar en chapa componentes estructurales de aviones. Figura parcial H: el esquema muestra el método de acuñar que sirve principalmente como operación final, en la cual la pieza adquiere dimensiones exactas, marcas estampadas de la casa fabricante, por ejemplo. También sirve ella para eliminar restos d arrugas que fueron formadas en operaciones anteriores.

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Figura parcial I: el principio general del embutizado en éste método se realiza empleando matrices de goma. Un bloque grande de goma se coloca dentro de un recipiente de acero, y éste a su vez está montado sobre el plato móvil de una prensa hidráulica muy potente. Sobre el yunque de la presa se coloca la herramienta apropiada y encima de ésta el disco, va tomando forma de la herramienta de apoyo. Sirve para embutir piezas de poca profundidad (nervios de alas de los aviones). Figura parcial J: este esquema grafica una mejora del proceso descrito anteriormente, y se denomina Marform, donde existe un sujetador metálico cuya presión propia comprime primero la goma en la parte que corresponde a la periferia del disco, de modo tal que la misma queda apretada, lo que impide formar arrugas. Recién entonces el punzón empieza a ejercer su presión sobre la parte central del disco, embutiéndolo. En los procesos I y J, la goma desempeña el papel de la matriz de embutizado. Figura parcial K: en éste proceso el aceite o el agua es el medio que transmite la presión de embutido, y se utiliza para obtener caños curvados. Procesos Modernos de Embutizado Proceso Marform: el bloque de goma representa una matriz (dado) universal, puesto que bajo una presión adecuada, adapta su forma a la del punzón a medida que éste avanza durante el proceso de embutido. El proceso Marform se verifica siempre a prensa hidráulica, cuya capacidad puede llegar hasta las 17.000 Tn. En este proceso, aparte del hecho de que no se necesita matriz, alcanza con un solo punzón y un sujetador para fabricar cuerpos de idénticas dimensiones internas, aunque partiendo de chapas de espesores diferentes. Proceso Hydroform (Cincinatti): el bloque grueso de goma, utilizado en el proceso Marform, se reemplaza por un diafragma de goma relativamente fina, pero respaldada por una potente presión hidráulica. Dicho proceso se compone de 6 operaciones consecutivas a saber: 

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Operación 1: se trata de embutir un disco que es solidario a la base; debajo del disco se encuentra el punzón en su posición inicial. En la parte superior del esquema se puede observar una cúpula hidráulica y en el fondo bajo la cúpula se encuentra un diafragma de goma, sujeta a la misma. Operación 2: en éste paso, se baja la cúpula y se la fija al sujetador, apretando de ésta manera la periferia del disco.

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Operación 3: en la cúpula empieza a aumentar la presión hidráulica hasta llegar a un valor predeterminado según el tamaño de la pieza a embutir y grado de deformación de la misma. Esta presión preliminar no sobrepasa las 500 atm. y es suficiente como para impedir formación de arrugas.  Operación 4: se efectúa la embutición propiamente dicha, el punzón empieza a avanzar, entrando en la cúpula, junto con el disco, el avance del punzón intensifica la presión detrás del diafragma hasta un valor predeterminado. El punzón avanza hasta una altura necesaria para formar la pieza.  Operación 5: una vez concluida la operación 4, se neutraliza la presión en la cúpula y la misma queda levantada.  Operación 6: el punzón baja a su posición inicial, dejando la pieza embutida. Proceso de embutizado Hydroform: se emplea para embutir piezas en aleaciones de aluminio, en aceros dulces y en aceros inoxidables. Otros métodos de deformación de chapas A.1.-Corte y Perforado: este proceso consiste en separar mediante una operación mecánica, una parte de chapa de otra parte para obtener una figura determinada. Este proceso por lo general es complementario del embutizado. Cuando el punzón desciende, ejerce sobre la chapa una presión en forma continua. Cuando el espesor de la plancha en corte es superior al diámetro del punzón, la resistencia del corte es superior al esfuerzo que puede soportar el punzón originándose la rotura de éste. En condiciones límites puede ser e / d = 1,2 para el acero dulce, éste valor varía según la ductilidad del material trabajado. Presión del corte y perforado: sin tener en cuenta los rozamientos, la presión puede determinarse por la siguiente fórmula: P = p . e . o . 1,5 (Kg / mm2) donde: p: perímetro del perfil a cortar (mm). e: espesor de la chapa (mm). o: Resistencia al corte (Kg / mm2). 1,5: Coeficiente que se introduce debido al endurecimiento máximo del material en corte. A.2.- Repujado al Torno: se utiliza para fabricar piezas de revolución. Su empleo se prefiere cuando la cantidad de piezas a producir sea pequeña. El método puede emplearse para piezas tanto pequeñas como muy grandes, hasta 6 mts. De diámetro. El material (chapa) se coloca contra un modelo tomado en el cabezal del torno. La chapa es mantenida en su lugar por la contrapunta del torno. Se emplea una herramienta terminado por una maza de latón o una moleta de acero. El operario apoyando la herramienta sobre un soporte fijado al torno, adapta poco a poco la chapa sobre el modelo.

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En el proceso de repujado, podemos distinguir tres factores referentes al mismo: a.Forma de la pieza a fabricar b.Tamaño de la misma c.Material de la chapa  Tamaño de las piezas: puede variar desde 6 mm hasta los 6 mts de diámetro  Espesor:, hasta los 6 mm para metales dúctiles y hasta los 3 mm para el acero inoxidable.  Tolerancias: Para el diámetro de 1 mt. = ± 3 mm Para el diámetro de ½ mt. = ± 1,5 mm Para el diámetro < ½ mt. = ± 0,7 mm

Acuñado: operación de forjado en frío, en el cual tiene lugar la deformación totalmente por compresión. El tamaño de la pieza es limitado, debido a las enormes presiones requeridas para lograr el flujo del metal en frío. La operación de acuñado se realiza en una matriz cerrada, y no hay margen para la expulsión del exceso de material. Por consiguiente debemos tener cuidado en el calibre de los discos para evitar cualquier daño a las matrices, proveniente del desarrollo de presiones excesivas, debidas a un exceso en el volumen de la pieza a trabajar. El acuñado se utiliza también para obtener dimensiones exactas en una pieza que ya ha sido formada por otro proceso. La operación, generalmente se denomina “conformado”. Proceso de Doblado: en el embutizado se produce una combinación de procesos de doblado, estirado y compresión; sin embargo, existen varios procesos en los cuáles la deformación se obtiene casi totalmente por simple doblado. La deformación que se produce en un doblado, está compuesta por una parte elástica, y una parte plástica. Cuando la fuerza de flexión que produce el doblado o curvado se quita, la compresión elástica que estaba presente en el metal desaparece, presentándose ahí la expansión. En forma semejante, la tensión elástica desaparece de manera que el material se contrae ahí. El fenómeno de arrugas resultante, hace que el doblez se abra a un grado que depende de la proporción inicial de deformación elástica a plástica.

PULVIMETALURGIA: es un proceso tecnológico en el cual se fabrican polvos metálicos y no metálicos y con el uso de los mismos se producen piezas de uso. El proceso Pulvi – metalúrgico, comprende las siguientes etapas de elaboración: 1.- Obtención de los polvos de material en un grado de fineza y pureza adecuado. 2.- Presión de los polvos en un molde adecuado para causar la cohesión entre las partículas. 3.- Sinterizado de la masa compactada a una temperatura elevada para causar la difusión y el crecimiento intergranular de los cristales.

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4.- Acabado, dimensionado e inspección del producto final. Producción de los polvos 1. Los polvos metálicos y no metálicos pueden obtenerse por pulverización mecánica. El metal finamente divido que se produce, se lleva del molino en una corriente de gas hasta un separador ciclónico, donde el polvo metálico se separa y el gas regresa al lado de entrada del compresor; también puede obtenerse por atomización. 2. En la producción de polvos de hierro, es deseable que el material original contenga algo de carbón. Este evita la oxidación del hierro por contacto con la corriente de aire y ayuda a causar la desintegración de las partículas de hierro en pequeñas tazas y esferas huecas. El polvo de hierro generalmente se enfría en agua y lego se calienta en hidrógeno para eliminar el carbono residual y producir así un polvo de hierro suave. 3. En otros casos se puede aplicar la condensación de vapores metálicos, para materiales tales como el cinc, cadmio y magnesio, que pueden hervir, condensando entonces el vapor en forma de polvo. 4. También se utiliza la deposición electrolítica par la producción de polvos de cobre empleados en la manufactura de cojinetes auto lubricantes de bronce. La electrólisis de una solución acidificada de sulfato de cobre, se lleva a cabo entre un ánodo de cobre y un cátodo de aluminio. El depósito de cobre se retira periódicamente del fondo del tanque electrolítico, centrifugado para remover el exceso de electrolito y luego se lava en agua. Después de secado en un horno se tamiza el polvo, moliéndose cualquier material de tamaño excesivo. 5. Algunos materiales refractarios como el tungsteno, se obtienen partiendo de óxidos que se reducen por calentamiento en una corriente de hidrógeno. En éste proceso se tritura el mineral magnetita de alta pureza a un grado de finura adecuado, mezclándolo con carbón pulverizado y calentado. El óxido de hierro se reduce a polvo de hierro, que es lo bastante fino para compactación directa. Mezcla de polvos Una vez obtenidos los distintos polvos, se procede a mezclarlos en equipos mezcladores del tipo de paletas o de hojas, como así también a tambor, que consiste en un tambor metálico que gira sobre un eje horizontal. Es necesaria una velocidad lenta para evitar la separación de partículas de diferentes densidades por la fuerza centrífuga. Cuando se requiere una mezcla íntima de un polvo fino con otro más grueso, es preferible el uso de un molino de bolas; que es un tipo de mezclador de tambor horizontal, dentro del cual se encuentra una cierta cantidad de esferas metálicas que ayudan a pulverizar y mezclar la carga. Estas esferas, se separan medio de una criba de malla cerrada. Cuando se compacta a alta velocidad, se utiliza una lubricación interna en la mezcla de polvo ya que es la mejor manera de evitar fricción excesiva entre el polvo y las paredes de las herramientas compactantes. De no aplicarse la lubricación en las herramientas, se tendría un desgaste muy grande de las mismas. Aglomeración y cohesión de los polvos metálicos Generalmente se prensan partículas metálicas cuando las mismas se encuentran limpias, dando lugar a un tipo de soldadura fría en la superficie de contacto, permitiendo dar forma a superficies de contacto más grandes, aumentando el tamaño de grano de las mismas. La forma y tamaño de las partículas determina en gran medida el área superficial total de contacto entre ellas. Después de la operación de prensado, permanecen muchas cavidades pequeñas, que resultan en porosidad de las partes metálicas.

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Operación de Compactado Las prensas que se utilizan para compactar polvos metálicos son de dos tipos: mecánicas o hidráulicas. Con frecuencia se utilizan prensas de mesa rotatoria con 12 o más cavidades de moldes y la velocidad de operación es tal que son comunes rendimientos entre 300 y 3.000 piezas por hora. La alimentación del polvo, formación y expulsión de compactos, se vuelve virtualmente continua. Sinterizado Después que el polvo metálico se comprime de acuerdo a una forma determinada, el mismo se sinteriza y dicha operación puede clasificarse en dos grupos: a.- Procesos en los cuales ninguno de los metales compactados se funde y en lo que el crecimiento de gano y su difusión conducen a la cementación adecuada de las partículas en un tipo de estructura celular. b.- Procesos en los cuales uno de los metales se funde infiltrándose entre las partículas del otro, aleándose con su superficie y produciendo así una unión metálica continúa. La sinterización generalmente se lleva a cabo en hornos de resistencia eléctrica, debe contarse con una alguna forma de atmósfera controlada. Por lo general, es frecuente usar una atmósfera fuertemente reductora, de manera que cualquier óxido presente sea eliminado asegurando así una fuerte unión entre las partículas de metal sinterizadas. Procesos Típicos de Fabricación de piezas por Pulvi – Metalurgia A.1. Fabricación de Metales Refractarios: entre los metales se incluyen al tungsteno, molibdeno, titanio, los que debido a su alto punto de fusión y su estructura de grano muy grueso que resulta de la fundición, demuestran propiedades mucho mejores cuando son fabricados por sinterizados de los polvos. Estos metales están destinados al servicio a temperaturas elevadas, y se utilizan para: a.- Temperaturas entre 800 y 950° C, hierro – Níquel y cobalto. b.- Temperaturas hasta 1.400° C, tungsteno – molibdeno – tantalio – columbio. Con el uso de los primeros metales (Fe – Ni – Co) el polvo fino metálico se mezcla con polvo ultra fino obteniéndose una dispersión uniforme del óxido agregado. Luego de la mezcla, se comprimen tochos bajo presión, que seguidamente son pre - sinterizados con uso de una atmósfera controlada (hidrógeno). Con un calentamiento previo a temperatura superior a los 1.000° C, los tochos posteriormente son sometidos a una extrusión con un grado de deformación entre 30 y 40 veces, para obtener barras, tubos u otras formas geométricas. Las barras sinterizadas se someten al laminado o forjado en estampas, proceso que se efectúa en caliente para el tungsteno y molibdeno y en frío para el tantalio y columbio. Las formas finales se obtienen por trefilado en frío o en caliente.

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A.2. Fabricación de Materiales Duros: se utilizan para fabricar herramientas de carburos duros y también con diamante. El principal componente es el polvo de carburos duros como los de tungsteno o titanio. Los polvos metálicos mezclados con material carbonoso se someten a un calentamiento para formar los carburos. Estos una vez molidos a un tamaño de partícula determinado, son mezclados con polvo metálico del material de liga, cobalto para carburos de tungsteno, a veces también se utiliza el níquel como metal de liga. El mezclado se hace más uniforme en el tambor giratorio, además la superficie de partículas del carburo se recubre con el metal liga en forma de una película. Con uso de matrices se prensan formas deseadas (fresas), cuando se fabrican plaquitas postizas de corte, primero se prensan barras que después de un pre - sinterizado se corta a la medida necesaria; las piezas de forma se sinterizan bajo la protección de una atmósfera controlada. Finalmente se afilan los bordes de corte mediante un rectificado.

A.3. Fabricación de Cojinetes auto – lubricados o impregnados En éste tipo de piezas se requiere una porosidad controlada, posibilidad de impregnar con un lubricante y de agregar componentes no metálicos. El bronce al estaño con los contenidos entre 8 a 12 % de estaño, sirve para fundir cojinetes que deben aguantar solicitaciones severas (por ejemplo, máquinas laminadoras). Estos cojinetes

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contienen: solución sólida  del estaño en cobre, que forma la matriz metálica y cristales muy duros del compuesto inter – metálico cuyo papel es reducir la fricción y facilitar el corrimiento del aceite lubricante. Los cojinetes fundidos requieren la atención de un operario para su lubricación. En cambio, los cojinetes impregnados son auto lubricantes. En su fabricación se parte de los polvos de cobre y de estaño con un agregado de grafito cuyo papel es el de mejorar la auto – lubricación; de la mezcla se prensan cuerpos de cojinetes y se los sinteriza de manera tal que se produzca una porosidad determinada. Luego, después de todas las operaciones de dimensionado y mecanizado, las piezas pasan por impregnación en aceite que rellena los poros.

A.4. Fabricación de Filtros y otras piezas de material poroso Se distinguen contactos, escobillas de motor, imanes permanentes, núcleos magnéticos de alta permeabilidad; en los cuáles pueden obtenerse combinaciones de propiedades que no son obtenibles por otros métodos. En éste proceso el factor predominante es la forma geométrica y tamaño de las partículas de polvo metálico, por cuanto la conformación de las piezas se efectúa con presión muy baja o sin presión.

A.5. Fabricación de Elementos de Máquinas Estas piezas pueden tener propiedades mecánicas inferiores a las piezas forjadas o fundidas, pero en cambio la forma de las mismas y sus tolerancias dimensionales se obtienen a un costo más económico. Mediante la Pulvi – metalurgia se fabrican piezas y elementos de máquinas que cumplan con las dos condiciones siguientes: a.La pieza a fabricar es de tal forma geométrica, que su ejecución exigiría un alto grado de mecanizado, lo que involucraría mucha mano de obra y gran desperdicio de material en virutas.

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b.-

Las propiedades mecánicas que siempre son inferiores en piezas sinterizadas a las de las piezas fundidas u obtenidas por deformación plásticas, no afecten la performance durante el servicio. Cuando las piezas sinterizadas demuestran una mayor densidad también es mayor su resistencia a la tracción como el alargamiento. Los polvos metálicos cuando son sometidos a compresión en un molde, no demuestran flujo plástico en sentido transversal al eje de compresión. Este inconveniente se puede salvar, cuando se llenan moldes más complejos mediante el uso de lubricante que es el ácido esteárico. Muchos elementos de máquinas sinterizados se fabrican con uso de los aceros de baja aleación con el objeto de mejorar sus propiedades mecánicas. El uso de estos se limita casi exclusivamente al agregado de cobre.

Fundición por Moldeo en Frió (Slip Casting) Este proceso tecnológico es una de las aplicaciones más recientes de la Pulvimetalurgia y consiste en las siguientes operaciones: 1. Una emulsión de polvo metálico en un líquido (agua o alcohol), se cuela por partes a un molde de yeso calcinado, las partículas sólidas se sedimentan y la parte líquida queda absorbida por el molde y en parte es evaporada. 2. La pieza en estado “verde” sacada del molde pasa por secado y sinterizado. Este método se utiliza cuando el polvo metálico, siendo muy frágil, no admite compresión en una matriz, o cuando el diseño de la pieza y/o el tipo de material no admiten métodos de conformación por deformación plástica o fundición. 3. Cuando la conformación de la pieza compleja se hace difícil en un solo molde, se puede hacerla en varias partes separadas que luego pueden ser unidas o sea cementadas en su estado verde con uso de la misma emulsión como cemento. Polvos Metálicos La elección de un polvo adecuado se basa en dos factores: 1.- Composición química de la pieza terminada 2.- Características físicas del polvo: forma geométrica, tamaño de las partículas, densidad aparente, pureza, aptitud para fluir durante la compresión.

TREFILADO: se entiende por trefilar a la operación de conformación 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 mandril. Recientemente y por la influencia del inglés han surgido malas traducciones que confunden al mandril con dado. Carcateristicas: consiste en el estirado del alambre en frío, por pasos sucesivos a través de hileras, mandriles o trefilas de carburo de tungsteno cuyo diámetro es menor. Esta disminución de sección da al material una cierta acritud en beneficio de sus características mecánicas. La disminución de sección en cada paso es del orden de un 20% a un 25%. Pero alcanzado cierto límite, 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.

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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.

LAMINADO: El laminado es un proceso de deformación plástica en que el material circula de modo continuo y en una dirección preferente, por cilindros que originan fuerzas de compresión. La laminación se aplica tanto en frío como en caliente. La laminación en caliente suele ser la primera etapa del proceso de transformación de materiales fundidos en productos acabados, pudiendo producirse grandes reducciones de sección. Es importante que toda la masa del metal se caliente uniformemente hasta la temperatura conveniente antes de sufrir la deformación, ya que se pueden producir problemas de agrietamiento y rotura. Los productos acabados más habituales por laminación en caliente son: chapas, barras, flejes y redondos que serán utilizados posteriormente en operaciones de conformado en frío o de mecanizado. La laminación en frío se puede obtener piezas totalmente acabadas con excelente acabado y características mecánicas. En este caso, no pueden producirse grandes reducciones en la sección.

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