Proceso de Fabricación de Metales: 4 Técnicas.

Este artículo arroja luz sobre las cuatro técnicas principales utilizadas en el proceso de fabricación de metales. Las técnicas son: 1. Fundición 2. Conformación 3. Mecanizado 4. Soldadura.

Técnica # 1. Fundición:

La fundición es quizás el método más antiguo conocido de dar forma a metales y aleaciones. Cuando se considera adecuado, es la ruta más corta desde el mineral hasta el producto final y, por lo general, la más económica. Aunque en estos días se han desarrollado técnicas para fundir casi todos los metales y sus aleaciones, todavía hay ciertos materiales específicos que tienen propiedades de fundición muy superiores, por ejemplo, fundición gris.

La capacidad de moldeo de un material depende de varios factores, a saber, la fluidez, la contracción, la porosidad, el estrés y las características de segregación. El índice de capacidad de colada de un material es alto si tiene alta fluidez, bajo encogimiento, baja afinidad para absorber gases, bajo estrés y resistencia uniforme.

Estas características se encuentran principalmente en metales puros y eutécticos que tienen, al menos en teoría, un punto de fusión definido. Sin embargo, los metales puros suelen tener poca resistencia, por lo que principalmente las aleaciones se moldean para la mayoría de las aplicaciones reales. Por lo tanto, la elección recae obviamente en las aleaciones eutécticas y casi eutécticas.

Las piezas fundidas se pueden agrupar en dos categorías principales, a saber, lingotes y piezas moldeadas. Del total de los materiales emitidos, casi el 75% son en forma de lingotes. Sin embargo, nuestra principal preocupación en la presente discusión es moldes moldeados.

Las piezas fundidas pueden pesar desde unos pocos gramos hasta muchas toneladas. Tal vez, el objeto más pesado jamás hecho por fundición fue la estatua de bronce de Clossus of Rhodes, que se incluye en las siete maravillas del mundo. Sin embargo, dejando de lado la maravilla de la actualidad, las piezas de fundición pesadas a menudo incluyen las estructuras de la máquina, volantes y placas de base para turbinas, etc.

Las piezas de fundición son, por regla general, buenas en resistencia a la compresión pero tienen un alargamiento pobre y una resistencia a la tracción baja. Los materiales que se consideran excepcionalmente buenos para la fundición incluyen, además del hierro fundido, las aleaciones de cobre, aluminio, níquel de zinc y magnesio.

Algunos de los castings típicos incluyen los siguientes:

Poleas, volantes, bloques de motor, bancadas de máquinas-herramienta, piezas de engranajes, álabes de turbina, tuberías de hierro fundido, etc.

Técnica # 2. Formación:

Después de la fundición, se siguió el proceso de formación en el que los metales y sus aleaciones reciben las formas deseadas mediante la aplicación de presión, ya sea por impacto repentino como en el caso de golpes de martillo o por acción de amasado lento como en las prensas hidráulicas. El trabajo mecánico de un metal por debajo de su temperatura de recristalización se llama "trabajo en frío" y el que se logra por encima de esta temperatura se conoce como "trabajo en caliente". Tanto el trabajo en caliente como el frío (o conformado) se practican ampliamente en la industria.

La mayoría de los materiales pueden formarse o forjarse pero, por regla general, los materiales que son más adecuados para la fundición tienen cualidades de formación deficientes. En general, los materiales más adecuados para la conformación son aquellos que tienen un largo intervalo blando durante la solidificación, por ejemplo, aleaciones en solución sólida.

Muchas de las propiedades de la aleación se ven afectadas por la naturaleza de las soluciones sólidas, por ejemplo, la resistencia y la dureza aumentan con la cantidad de soluto presente, mientras que la ductilidad y la conductividad eléctrica se reducen. Secciones y está asociada a la ductilidad del material. Los procesos que se pueden incluir en la conformación son los métodos de conformado de láminas como doblado, embutición profunda, extrusión, HERF (conformado de alta tasa de energía), hilado, doblado de rollos, estirado; mientras que la forja puede incluir perturbación, encabezamiento en frío, estampado rotativo, acuñación, etc.

La prueba de conformabilidad se realiza comúnmente mediante la prueba de ahuecamiento de Erichsen en la que el material de la hoja se estira hasta el craqueo. Por otro lado, la capacidad de forjado es la capacidad de un metal para deformarse en condiciones de forjado sin agrietamiento. Una de las mejores pruebas de capacidad de forja es la prueba de alteración, expresada como la relación del diámetro máximo de alteración que se puede obtener con el diámetro inicial de la barra. Para el rumbo en frío, esta relación suele denominarse límite de rumbo.

Índice de capacidad de forja, F = D _m / D _i

Donde, D _i = Diámetro inicial de la barra

D _m = Diámetro máximo que se puede obtener al desordenar sin agrietarse.

Materiales para forja:

Los materiales suelen aparecer en tres tipos de células unitarias, a saber, BCC (cúbica centrada en el cuerpo), FCC (cúbica centrada en la cara) y HCP (empaquetado hexagonal) como se muestra en la Fig. 1.2 junto con algunos de los pozos Metales conocidos bajo estas tres categorías de estructuras celulares.

Los metales cúbicos centrados en la cara tienen en general la mejor ductilidad. Por lo general, son también los más fiables. Los metales hexagonales compactos son los menos perdonables a temperatura ambiente, pero la mayoría de ellos pueden ser forjados en caliente. Si un metal puede ser embutido en forma de lámina, puede ser forjado en frío o en frío en forma de barra, y lo es para todos los metales. Las calidades de metales de maquinado libre tienen capacidad de forja limitada.

Los mejores .Hoys para forjar, frío o caliente, son la mayoría de las aleaciones de aluminio y cobre, incluyendo los metales relativamente puros. Los aceros al carbono con 0, 25% de carbono o menos son realmente forjados en caliente o con cabeza fría. Los aceros con alto contenido de carbono y de alta aleación casi siempre se forjan en caliente. El magnesio al ser HCP tiene poca ductilidad a temperatura ambiente, pero se forja fácilmente en caliente.

Las aleaciones de aluminio se forjan entre 385 ° C y 455 ° C o aproximadamente 40 ° C por debajo de la temperatura de solidificación. Las aleaciones de aluminio no forman escamas durante las operaciones de forja en caliente, por lo que la vida útil de la matriz es excelente.

El cobre y los latones con 30% o menos de zinc tienen una excelente capacidad de forja en las operaciones de trabajo en frío. Los latones con alto contenido de zinc se pueden forjar en frío hasta cierto punto, pero son excelentes aleaciones de forja en caliente. Las aleaciones de magnesio se forjan en prensas a temperaturas superiores a 400 ° C. A temperaturas más altas, el magnesio debe protegerse de la oxidación o ignición mediante una atmósfera inerte de dióxido de azufre.

La capacidad de forjado de diferentes metales para la forja a troquel cercano, en orden decreciente, para algunas de las aleaciones comunes, se indica en la tabla 1.1:

Debido a la acción de amasado en el forjado, los componentes producidos por el forjado son normalmente los más fuertes y requieren el menor espesor de material. Todos los componentes críticos son por lo tanto forjados normalmente.

Algunos de los ejemplos típicos de componentes forjados incluyen los siguientes:

Cigüeñales, bielas, ganchos de tracción y elevación, muelles helicoidales, ejes, tubos y tuberías sin costura, cuerpos de carcasas, barras, placas, secciones, tubos de pasta de dientes, etc.

Técnica # 3. Mecanizado:

Es el proceso de dar la forma deseada a un material dado eliminando el material extra o no deseado cortando en forma de virutas. El material de la herramienta de corte es, por necesidad, más duro y más fuerte que el material a cortar. Los procesos de mecanizado comúnmente empleados son torneado, fresado, taladrado, conformado, planificación, escariado, taladrado, etc.

Aunque los tornos y las fresadoras se utilizaron en relación con la fabricación de relojes incluso en los siglos XV y XVI, la mayoría de estos procesos se introdujeron en las industrias de alto volumen en sus formas actuales para fabricar piezas de motores de vapor a finales del siglo XIX, pero han llegado a la mayoría de edad. en el presente siglo.

Casi todos los materiales pueden ser mecanizados aunque no por la misma facilidad. Como regla general, los materiales más duros con alta resistencia a la tracción son más difíciles de mecanizar. Además, los materiales muy blandos son molestos para la máquina, ya que se producen convulsiones entre el material de trabajo y la herramienta. Por lo tanto, se puede decir que existe un rango de dureza específico por encima y por debajo del cual la eficiencia de mecanizado disminuye.

Para comparar la facilidad de corte de los materiales se les da índice de maquinabilidad.

La maquinabilidad de un material depende de los diversos factores y es común considerar cuatro de ellos, a saber:

(i) vida útil de la herramienta,

(ii) Fuerzas de corte,

(iii) Acabado superficial, y

(iv) Consumo de energía.

Sobre la base de estos factores, el acero de corte libre especificado por AISI (American Institution of Steel and Iron) como B 1112 con la siguiente composición y girado a 180 SFM (pies de superficie por minuto) o 55 SMM (metros de superficie por minuto) tiene un índice de maquinabilidad de 100.

C = 0-13% (max.)

Mn = 0-9%

P = 0-1%

S = 0-2%

Hierro = reposo

Se han desarrollado varias fórmulas para determinar el índice de maquinabilidad y una de esas fórmulas presentadas por Janitsky es la siguiente:

dónde,

c = una función de TS,

TS = resistencia a la tracción,

YP = punto de rendimiento.

Las características del material que afectan la maquinabilidad de un metal incluyen las siguientes:

1. Composición del material:

El alto contenido de aleaciones y la presencia de inclusiones duras como Al ₂ O ₃ en los aceros, así como un contenido de carbono inferior al 0, 30% o superior al 0, 60%, disminuyen la capacidad de mecanizado, mientras que pequeñas cantidades de plomo, manganeso, azufre y fósforo lo mejoran.

2. Estructura metálica:

La microestructura uniforme con pequeños granos no perturbados mejora la maquinabilidad. La estructura laminar en aceros bajos y medianos del carbono y la estructura esferoidal en los aceros con alto contenido de carbono también resultan en una mejor maquinabilidad.

3. Trabajo y tratamiento térmico:

El trabajo en caliente de aleaciones duras y el trabajo en frío de aleaciones blandas dan como resultado una maquinabilidad mejorada.

El recocido, la normalización y el revenido, en general, mejoran la maquinabilidad. La extinción normalmente reduce la maquinabilidad.

Los índices de maquinabilidad de algunos de los materiales conocidos se muestran en la tabla 1.2.

Algunos ejemplos típicos de componentes maquinados incluyen venas, asientos de válvulas, camisas de cilindros de automóviles, dientes de engranajes, husillos atornillados, piezas de máquinas, tuercas y pernos, etc.

Técnica # 4. Soldadura:

La soldadura, tal como se la entiende hoy en día, es comparativamente un recién llegado entre los procesos de fabricación, aunque la forja de smith para unir piezas metálicas se practicó incluso antes de Cristo. Aunque hay una serie de procesos de soldadura bien establecidos, la soldadura por arco con electrodos revestidos sigue siendo el proceso de soldadura más popular en todo el mundo.

La soldadura por arco en su forma actual apareció en la escena industrial en la década de 1880. Aunque existen afirmaciones contradictorias sobre el inventor de este proceso, pero a menudo se atribuye a un ruso llamado Slavianoff, quien se dice que lo patentó en 1881. Sin embargo, la soldadura al arco no fue aceptada para la fabricación de componentes críticos hasta aproximadamente 1920, por lo que Los recubrimientos de tiempo para electrodos habían sido bien desarrollados.

Sin embargo, la demanda de producción a gran escala de artículos pesados ​​como barcos, recipientes a presión, construcción de puentes y similares proporcionó el ímpetu necesario para que la soldadura madurara y la Segunda Guerra Mundial lo estableció como el principal proceso de fabricación.

La soldadura, que es un proceso de unión de dos o más partes de material (s), proporciona una unión permanente, pero normalmente afecta la metalurgia de los componentes. Por lo tanto, generalmente se acompaña de un tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) para la mayoría de los componentes críticos.

La mayoría de los materiales pueden ser soldados por un proceso u otro. Sin embargo, algunos son más fáciles de soldar que otros. Para comparar esta facilidad en la soldadura, a menudo se usa un término 'capacidad de soldadura'. La capacidad de soldadura de un material depende de varios factores, como los cambios metalúrgicos que se producen debido a la soldadura, los cambios en la dureza en y alrededor de la soldadura, la evolución y absorción del gas, el grado de oxidación y el efecto sobre la tendencia al agrietamiento de la junta. Dependiendo de estos factores, los aceros de bajo carbono (C <0-12%) tienen la mejor capacidad de soldadura entre los metales. Muy a menudo, los materiales con una alta capacidad de fundición por lo general tienen una baja capacidad de soldadura.

Los procesos de soldadura ampliamente utilizados en la industria incluyen oxiacetileno, arco de metal manual o arco de metal blindado (SMA), arco sumergido (SA), arco de gas metal (GMA), soldadura de arco de tungsteno de gas (GTA), soldadura por resistencia, soldadura por termitas y Soldadura a presión en frío. La mayoría de estos procesos tienen campos de influencia especiales, como la soldadura por resistencia es popular en la industria del automóvil, la soldadura térmica para unir rieles in situ. GM AW es particularmente adecuado para la soldadura de estructuras de acero con bajo contenido de carbono como también la soldadura de aceros inoxidables y aluminio, GTAW es más popular entre las industrias aeronáutica y nuclear, SAW para la construcción de barcos, soldadura a presión en frío por la industria de procesamiento de alimentos y similares. Sin embargo, los procesos de soldadura SMAW o de electrodo de barra y soldadura de oxi-acetileno son los procesos de propósito general con una amplia gama de aplicaciones.

Algunas de las aplicaciones típicas de la soldadura incluyen la fabricación de barcos, recipientes a presión, carrocerías de automóviles, plataformas marinas, puentes, tuberías soldadas, sellado de combustible nuclear y explosivos, etc.