Guia Argentina de Aluminio
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1 El Aluminio y sus aleaciones
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El Aluminio y sus aleaciones
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Historia del aluminio
El aluminio es el metal, de uso común, más recientemente descubierto. Este metal sólo existe en la naturaleza
en combinación con otros materiales - silicatos y óxidos. Como éstos son muy estables, tomó varias décadas para
desarrollar métodos para obtener el aluminio en un estado razonablemente puro.
En 1808, Sir Humphrey Davy de Gran Bretaña, estableció la existencia del aluminio y le dio su nombre.
En 1821, P. Berthier, de Francia, descubrió un material duro, rojizo. El lo llamó bauxita, el más común de los
minerales de aluminio.
En 1825, el danés Hans Christian Oersted redujo cloruro alumínico con una amalgama de potasio.
En 1827 Freidrich Wohler describió el proceso para producir aluminio como polvo haciendo reaccionar al potasio
con clorato de aluminio anhídrico.
En 1854, el francés Henri Saint-Claire de Ville mejoró el método de Wohler para crear el primer proceso
comercial. El metal era más caro que el oro o el platino.
En 1885, Héroult (francés) y Martin Hall (USA) trabajando de manera separada y sin conocer el trabajo del otro,
inventaron un proceso electrolítico, que es la base para la producción actual del aluminio
1889, Freidrick Bayer (Austria), inventó el proceso Bayer para la producción, en gran escala, de alumina a partir de
la bauxita.
El aluminio sólo se ha producido comercialmente durante 144 años, esto indica que es un metal muy joven. El
hombre ha usado bronce, plomo y estaño por miles de años; a pesar de esto, el aluminio los ha ido reemplazando poco a
poco.
El Aluminio
El aluminio es el tercer elemento más común encontrado en la corteza terrestre. Los compuestos de aluminio
forman el 8% de la corteza de la tierra y se encuentran presentes en la mayoría de las rocas, de la vegetación y de los
animales.
El aluminio puro es un metal suave, blanco y de peso ligero. Al ser mezclado con otros materiales como: silicón, cromo,
tungsteno, manganeso, níquel, zinc, cobre, magnesio, titanio, circonio, hierro, litio, estaño y boro, se producen una serie
de aleaciones con propiedades específicas que se pueden aplicar para propósitos diferentes.
El aluminio puede ser fuerte, ligero, dúctil y maleable. Es un excelente conductor del calor y de la electricidad.
No se altera en contacto con el aire ni se descompone en presencia de agua, debido a que su superficie queda recubierta
por una fina capa de óxido que lo protege del medio. Una de las mayores ventajas del aluminio es que puede ser
reciclado una y otra vez sin perder su calidad ni sus propiedades.
Características del aluminio
Símbolo: Al
Punto de Fusión (ºC): 660,32
Densidad (kg/dm3): 2,6984; (20 ºC)
Color: Plateado-blanco.
Descubierto en: 1825
Descubierto por: H.C. Oersted y F. Wöhler
Fuentes: Bauxita (Al2O3.xH2O, con x hasta 3).
Usos: Metal ligero usado en estructuras, contenedores, vehículos, motores, cables, botes, papel, pinturas anticorrosión.
Características térmicas
Temperatura de fusión:
Al % Punto de fusión °C
99.97 - 660.24
99.70 - 658.90
99.50 - 658.40
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Coeficiente de dilatación (pureza 99.9%)
Temperatura °C Coeficiente de dilatación (mm/°C)
-33 ºC 21.07 x 10 -6
0 ºC 22.00 x 10 -6
20 ºC a 100 ºC 23.80 x 10 -6
100 ºC a 300 ºC 25.70 x 10 -6
300 ºC a 400 ºC 29.50 x 10 –6
Características ópticas
Poder reflector del aluminio pulido:
Para el ultravioleta 20 a 85%
Para luz blanca 85 a 90%
Para el infrarrojo 90 a 98%
Susceptibilidad magnética: 0.59 x 10 -6 unidades c.g.s.
La utilización del aluminio es generalizada en todas las industrias por las ventajas que este metal no ferroso
ofrece como es su excelente resistencia a la corrosión, peso liviano, propiedades mecánicas que debido a las aleaciones
y temples de aluminio se obtienen gama de resistencias mecánicas para diferentes usos y acabados.
El proceso de extrusión en el aluminio además, permite crear gran variedad de formas en los perfiles adecuados
a las necesidades del mercado, contribuyendo a reducir costos en la unión de dos o más perfiles estándar para conseguir
el perfil que se ajuste al uso final o la resistencia final, con pesos más manejables en obras, trabajos mecánicos sencillos
y una excelente presentación que el aluminio con su apariencia propia ofrece.
Las aleaciones y temples son parte fundamental en la toma de decisión sobre el uso a que se van a someter los perfiles
de aluminio.
El aluminio es el metal no ferroso de mayor consumo en el mundo, lo que prueba el significado que tiene para
la industria moderna. Su uso se debe a sus múltiples características, siendo las más importantes las siguientes:
Es el metal más abundante sobre la corteza terrestre, su peso específico es de 2.71gramos por centímetro
cúbico, o sea tres veces más liviano que el acero, el cobre o el zinc, y cuatro veces más liviano que el plomo.
Su alta conductividad eléctrica lo hace rival número uno del cobre, y siendo el aluminio tres veces más
liviano, lo que hace doblemente más económico.
No se corroe, es reflectivo y buen conductor térmico, no es magnético, ni tóxico al organismo humano, se
puede fundir, inyectar, maquinar, laminar, forjar, extruír, y soldar, además de ser 100% reciclable.
El aluminio se usa en muchas industrias, tales como las de transporte, refrigeración, eléctrica, envases,
electrónica, utensilios de cocina y en cuenta su mayor aplicación en la industria de la construcción.
En la actividad edificadora el aluminio es el metal más usado en formas de perfiles, tanto por su alta
resistencia mecánica como por los diferentes acabados que se le pueden dar a sus superficies.
Comportamiento del aluminio
Resistencia a la corrosión
El aluminio tiene una excelente resistencia a los agentes atmosféricos debido a la protección proporcionada por
la delgada película de óxido de aluminio que lo recubre. Se debe tener presente que la influencia de impurezas, de la
temperatura y de la presión pueden modificar la acción de diferentes productos sobre el aluminio.
Influencia de las cuplas electrolíticas
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La diferencia potencial, en milivoltios, entre el aluminio de 99,5% de pureza u otros metales, puede tomar
diferentes valores. En consecuencia, se debe evitar el contacto entre el aluminio y metales muy electropositivos en
atmósfera conductora o húmeda, que se traduciría en un ataque al aluminio. Sin embargo tomando las precauciones
necesarias es posible llevar el contacto del aluminio con metales como el magnesio, plomo, cobre, acero o hierro
fundido, acero inoxidable plata y platino.
Comportamiento del aluminio frente a sustancias orgánicas
A continuación detallamos una relación de diferentes productos y su comportamiento frente al aluminio. El
resultado de éste estará condicionado a las condiciones de uso, al medio ambiente que lo rodean, a la composición del
metal y otros factores.
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Comportamiento del aluminio frente a sustancias inorgánicas
A continuación detallamos una relación de diferentes productos y su comportamiento frente al aluminio. El
resultado de éste estará condicionado a las condiciones de uso, al medio ambiente que lo rodean, a la composición del
metal y otros factores.
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Descripción del proceso de obtención
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La descarga de áridos (alúmina y coque) se realiza mediante un equipo de succión neumática. La mezcla aire -
árido se desplaza hasta un filtro de alta eficiencia donde se separan los sólidos y se vuelcan a una cinta transportadora
en un recinto acondicionado para evitar fuga de material al medio ambiente.
Ventajas:
Reducción del tiempo de descarga por barco:
En efecto, con el nuevo equipamiento la permanencia en puerto de un barco que transporta 36000 toneladas de alúmina
se reducirá de 6 a 4 días.
Optimización:
Minimizar significativamente las pérdidas de materiales por emisión. Las nuevas tecnologías de filtros a cartucho
incorporadas al DNM permiten lograr altas eficiencias de retención de partículas de modo que el uso de descargadores
neumáticos se ha extendido en los puertos mineraleros de todo el mundo.
Por cada tonelada de aluminio se debe producir un bloque de carbón de 550 kg. llamado ánodo. De estos 550
kg., aproximadamente 430 son consumidos en la producción de aluminio y 120 son reciclados en la fabricación de
nuevos ánodos. La fabricación de nodos comprende tres etapas:
Molienda:
El coque nuevo y los restos de ánodos reciclados son molidos y mezclados para constituir la "mezcla anódica
seca". La misma contiene partículas de carbón de diferentes tamaños entre 10 micrones y 15 mm, en proporciones tales
como para obtener ánodos con la mayor densidad posible. El reciclado de los restos anódicos elimina los desperdicios y
maximiza el uso de las materias primas.
La mezcla anódica seca es amasada con un 15% de brea de alquitrán de hulla, a una temperatura cercana a los 170 °C,
hasta alcanzar propiedades uniformes. Luego es volcada a un molde sometido a vibración donde se la compacta para
adquirir la forma final ("ánodo verde" o "ánodo crudo").
Cocción:
Si en las cubas se colocaran ánodos verdes, la brea se ablandaría y los ánodos se desintegrarían. Para poder
usarlos deben ser sometidos previamente a un proceso de cocción, en el que son llevados, en forma lenta y progresiva,
hasta temperaturas de 1100 a 1150 °C, en un conjunto de hornos especialmente diseñados. En esas condiciones, el
ánodo verde sufre una serie de transformaciones físicas y químicas que lo convierten en un elemento apto para su uso
en las cubas ("ánodo cocido")
Varillados:
En este sector de la planta de Ánodos, se arman los paquetes anódicos. Las patas de acero de las varillas son
insertadas en los agujeros que, a ese propósito, tienen los bloques anódicos en la parte superior y se vuelca fundición
líquida. Al solidificar, la unión mecánica y eléctrica entre la varilla y los ánodos queda asegurada y lista para ser
reenviada a Electrólisis.
La energía eléctrica constituye una verdadera materia prima en la producción de aluminio, no solo por la
importante cantidad que se emplea ( se requiere unos 14.000 kwh para producir una tonelada de aluminio), sino porque
resulta absolutamente imprescindible para lograr la transformación de la alúmina en aluminio.
El proceso de electrólisis consiste justamente en hacer pasar una corriente eléctrica continua, normalmente de
elevada intensidad, por las celdas o cubas electrolíticas. Esta corriente cumple dos funciones:
Descarga
Anodos
Provisión de energía eléctrica
Descarga
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Produce la de electrólisis química de los reactivos en la superficie de los polos o electrodos (llamados nodo, el
positivo, y cátodo, polos o electrodos (llamados nodo, el positivo, y cátodo, el negativo). Una parte de la energía
entregada queda contenida en los productos de la reacción (aluminio metálico y dióxido de carbono),
Mantiene el balance térmico de la cuba, pues genera, por efecto Joule, el calor necesario para mantener la
temperatura de necesario para mantener la temperatura de operación, que es del orden de los 950 a 960C.
Una pequeña fracción del baño electrolítico se evapora y escapa a la atmósfera junto con gases fluorados
provenientes de la reacción del propio bao con la humedad que contiene la alúmina.
Para poder tratar y recuperar dichas emisiones, las cubas están tapadas con un conjunto de paneles de aluminio
liviano, que pueden retirarse fácilmente para acceder a su interior y realizar tareas de rutina. Las tapas constituyen una
cobertura hermética, lo que permite que los humos emitidos sean capturados por un sistema de cañerías de aspiración y
derivados hacia la "Planta de Tratamiento de Humos".
Esta planta emplea el denominado "Tratamiento seco" ("dry scrubbing") en el cual, la misma alúmina que
luego se emplear en el proceso de Electrólisis, es usada como agente de retención de los productos emitidos por las
cubas. La corriente luego, en una caja de filtros se separa la alúmina fluorada y el aire limpio es enviado al ambiente. La
alúmina fluorada es enviada a la cuba a través de un sistema de cañerías. La eficiencia de captación y recuperación de
productos fluorados emitidos es cercana al 99%.
El proceso de obtención de aluminio consiste en la electrólisis de una solución de alúmina (Al2O3) disuelta en
criolita fundida (AlF6Na3), a la que se le agregan algunos aditivos tales como el fluoruro de aluminio (AlF3) y el
fluoruro de calcio (CaF2) para mejorar sus propiedades físicas, en particular, su punto de fusión. La criolita actúa como
"baño electrolítico" pues, como todos los compuestos cristalinos iónicos, al fundirse, libera iones negativos y positivos
que lo transforman en un conductor de corriente eléctrica. La alúmina al disolverse en ella, aporta nuevos iones que son
los que reaccionan en la superficie de los electródos, para dar aluminio metálico (Al) en el cátodo, mientras que el
oxígeno de la alúmina se combina con el carbón del ánodo para liberar dióxido de carbono (CO2).
La corriente eléctrica atraviesa una serie de cubas en forma consecutiva, generando una diferencia de potencial
de unos 4,3 voltios en cada una, hasta alcanzar valores totales cercanos a los 1.000 voltios. La producción diaria en cada
cuba es del orden de los 1300 kg de aluminio, en tanto que los consumos específicos de las materias primas son:
Alúmina: 1920 kg/ ton Aluminio
Carbón: 430 kg/ton Aluminio
Energía: 14000 kwh(CC)/ton Aluminio
El aluminio producido en la cuba se encuentra en estado líquido, pues su punto de fusión es de 660 C. Para
extraerlo ("colada de aluminio") se emplea un recipiente cilíndrico ("cuchara"), de hierro, de grandes dimensiones,
revestida interiormente con ladrillos refractarios y dotado de un sistema de succión por efecto Venturi, que es operada
por los puentes - grúa de las Salas de Electrólisis. La cantidad a extraer se controla con una balanza.
El aluminio líquido es enviado al sector de Fundición donde se descarga en diversos hornos de "espera", de
acuerdo a la calidad del producto que se desea obtener al solidificarlo. Allí es acumulado y luego transferido a los
hornos de colada donde es sometido a tratamientos especiales y acondicionada su composición por agregado de
aleantes, para la obtención del producto final deseado.
Este producto es una placa de aleación de aluminio de sección rectangular y tamaño adecuado para su
utilización en trenes de laminación. La placa es producida por colada semi-continua vertical y solidificación por
enfriamiento directo. Así se obtiene una fina estructura de grano que le confiere optimas propiedades para el proceso
posterior de laminación
Aspiración y recuperación de humos
Serie electroltica
Solidificacin del aluminio producido
Línea de placas
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Es un producto de aleación primaria de aluminio de forma cilíndrica apto para el proceso de extrusión. Es
fabricado mediante el método de colada semicontinua vertical y solidificación por enfriamiento directo. Se logra
homogeneidad metalúrgica en una estación continua de tratamiento térmico. Se realizan cortes a medida de acuerdo a
las necesidades de cada cliente.
Los lingotes de aleación de aluminio primario se producen en varias composiciones, de acuerdo a los
requerimientos para la fabricación de piezas por procesos de moldeo. Los lingotes se fabrican mediante el método de
colada continua horizontal y solidificación por enfriamiento directo lo que le confiere un alto rendimiento en la etapa de
refusión.
Alambre de metal producido por colada y laminación continua, que se utiliza habitualmente en la industria de
conductores eléctricos. Se producen variedades de aluminio puro y con agregado de aleantes.
Las chanchas de aleación Zincalum (aleación de aproximadamente 55% Aluminio y 45 % Zinc) se producen
por solidificación en moldes. Son utilizadas posteriormente para la generación, por refusión, de un bao de recubrimiento
de chapas para la industria de la construcción.
Es un producto fabricado mediante el método de colada continua horizontal, solidificado por enfriamiento
indirecto.Se fabrican lingotes de aluminio puro o en distintos tipos de aleaciones.
Sistema de producción Existen depósitos de bauxita: zona tropical y subtropical del mundo y también en Europa.
Forman estratos o bolsas que se encuentran generalmente a 12 metros
La clase de bauxita comercial debe de contener al menos 40% de óxido de aluminio.
La bauxita es generalmente extraída por una mina de tiro abierto.
La cubierta se quita, se remueve la bauxita y se transporta a la refinería.
Dos de tres toneladas de bauxita son requeridas para producir una tonelada de alúmina
La bauxita se lava y se disuelve en soda cáustica (hidróxido de sodio) a una presión y temperatura alta.
El resultado es un licor que contiene una solución de aluminato de sodio y residuos de bauxita sin disolver que
contienen hierro, silicio y titanio.
Estos residuos se hunden gradualmente hasta el fondo del tanque y son removidos.
La solución clara de aluminato de sodio es bombeada a un tanque muy grande llamado precipitador.
Las partículas finas de alúmina son agregadas para despepitar la precipitación de partículas de alúmina puras
mientras que el licor se enfría.
Las partículas se hunden hasta el fondo del tanque y son removidas y luego se pasan a un calcinador rotador o
fluidizador a 1100°C para apartar el agua que está combinada.
El resultado es un polvo blanco, alúmina pura. La sosa cáustica se regresa el principio del proceso y se vuelve a
utilizar.
Dos toneladas de alúmina se requieren para producir una tonelada de aluminio.
La alúmina se disuelve mediante un baño electrolítico de criolita fundida (fluoruro alumínico sódico) en un
recipiente de hierro revestido de carbón o grafito conocido como "crisol".
Una corriente eléctrica se pasa por el electrolito a un bajo voltaje pero con una corriente muy alta generalmente
150,000 amps.
La corriente eléctrica fluye entre el ánodo (positivo) de carbono hecho del coque de petróleo y brea, y un cátodo
(negativo) formado por un recubrimiento de carbón grueso o grafito del crisol.
Línea de barrotes
Línea de lingotes por colada horizontal continua
Línea de alambrón
Línea de Zincalum
Línea de lingotes
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El aluminio fundido es depositado en el fondo del crisol y se revuelve periódicamete, se lleva a un horno, de vez en
cuando se mezcla a una aleación especificada, se limpia y generalmente se funde.
Un fundidor de aluminio típico consiste de alrededor de 300 crisoles. Estos producirían como 125,000 toneladas de
aluminio anualmente.
El aluminio se forma a cerca de 900°C pero una vez que se ha formado tiene un punto de fusión de solo 660°C.
El metal reciclado requiere solo 5% de la energía necesaria para producir el metal nuevo.
Mezclar metal reciclado con un nuevo metal permite ahorrar energía considerablemente así como el uso eficiente
del calor procesado.
No hay diferencia entre el metal primario y el metal reciclado en términos de calidad y propiedades.
Fundir el aluminio requiere de intensa energía que es por lo que fundidoras mundiales están localizados en áreas
dónde tienen acceso a un recurso de energía abundante.
Muchas localidades son remotas y la electricidad es generada específicamente para las plantas de aluminio.
El proceso de fundición es continuo. Un horno no se para y se vuelve a poner en funcionamiento con facilidad
Reciclaje
Al final de la vida útil que contiene aluminio puede ser utilizado una y otra vez sin que se pierda su calidad,
ahorrando energía y materiales en bruto.
Reciclando un kilogramo de aluminio se pueden ahorrar 8 kilogramos de bauxita, 4 kilogramos de productos
químicos y 14 kW/hr de electricidad.
El material de desecho en todas sus fases es meticulosamente recolectado y clasificado por tipos de aleación por
todas las compañías de aluminio.
A diferencia de otros metales, el aluminio de desecho tiene un valor significativo y buenos índices de precios en el
mercado.
El reciclaje de latas de bebida de aluminio elimina desperdicios, ahorra energía y conserva los recursos naturales.
Las latas de aluminio son buenas para el medio ambiente, para la economía y son 100% reciclables.
Las latas de aluminio de ahora requieren cerca del 40% menos metal que las latas hechas hace 25 años; además de
la necesidad de menos energía y materia prima por cada lata.
El aluminio es el único material de empaque que cubre más allá de su costo de recolección, proceso y traslado al
centro de reciclaje.
La industrial del aluminio está trabajando con los fabricantes de componentes de automóviles para permitir que los
automoviles con componentes de aluminio sean fácilmente desmantelados y que los desechos sean clasificados y
reutilizados para partes nuevas idénticas.
En la mayoría de otros proyectos de reciclaje los desechos de material son rara vez reutilizados para su misma
aplicación, este tiene que ser degradado a una aplicación que tiene menos propiedades de metal.
La tasa de reciclaje para aplicaciones de construcción y transporte va desde el 60 al 90% en varios países.
El aluminio y la electricidad
El aluminio ha reemplazado al cobre desde 1945 en las líneas de transmisión de alto voltaje.
Hoy en día es la forma más económica de transmitir electricidad.
El aluminio pesa solo un tercio de lo que pesa el cobre y puede llevar el doble de electricidad que una onza de
cobre.
El aluminio en el deporte
Aquí el aluminio lo podemos encontrar en las bicicletas, en el marco de las raquetas para tenis, squash o
badmington, y también en los esquíes.
Los campistas pueden encontrarlo en las estructuras de sus tiendas de campaña o en el marco de sus mochilas.
El aluminio en el aire
Los aviones no podrían haber existido si no fuera por la ligereza del aluminio.
El primer avión de aluminio se fabricó en los años 20´s.
La combinación de fuerza, ligereza y maleabilidad hacen del aluminio un elemento ideal para la fabricación de
aviones comerciales.
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Al crear aleaciones de aluminio con otros metales, se adquieren características en el metal que permiten la
resistencia a grandes presiones y la tensión que debe soportar el artefacto a grandes alturas.
El aluminio en el mar
Los cruceros utilizan, también, grandes toneladas de aluminio en su construcción para evitar un peso mayor.
La misma aplicación se hace para los transbordadores.
Los usuarios reportan que en 30 años de uso, los artefactos hechos de aluminio no presentan fatiga del material.
El aluminio en el transporte terrestre
El uso de aluminio en las partes que componen a coches y camiones ha aumentado en forma constante en la última
década.
La utilización de este metal reduce ruido y vibración.
Gracias al aluminio, muchas partes de los vehículos son recicladas.
El aluminio absorbe energía cinética lo cual evita, que en un accidente, la reciban los pasajeros.
El aluminio es un elemento ideal gracias a que es ligero, fuerte y es fácil de moldear.
El gasto inicial en energía es totalmente recuperable ya que el vehículo ahorrará mucha combustible y requerirá
menor fuerza o potencia para moverse.
El aluminio no se oxida como el acero; esto significa que los vehículos, en zonas climatológicas de gran humedad
tengan una vida más larga.
Los autos con cuerpo de aluminio duran tres o cuatro veces más que los que tienen un chasis de acero.
El aluminio y el empaque
El aluminio se utiliza de manera extensa en la protección, el almacenamiento y la preparación de comidas y
bebidas.
Al conducir de manera muy eficiente el calor, es muy útil para preparar tanto alimentos calientes como congelados.
El aluminio se utiliza en diversos tipos de empaques por servir como importante barrera contra los
microorganismos, el aire y la luz, evitando que estos afecten en contenido.
El papel aluminio tiene características sobresalientes, es ligero, fuerte, flexible y durable.
Con sólo una micra de espesor es completamente impermeable.
Los paquetes de aluminio son seguros, higiénicos, fáciles de abrir e impermeables.
Las latas de aluminio son excelentes contenedores ya que son fuertes, ligeras, compactas, impermeables y
reciclables.
Además, no afecta el sabor natural del contenido y mantiene el oxígeno, la luz y la humedad afuera.
Además de las aplicaciones anteriores, encontramos el aluminio en la construcción (ventanas, puertas, coladeras,
etc.); en el tratamiento de agua (con el sulfato de aluminio); en la comida (cubiertos, sartenes, ollas, etc.) y en la
industria farmacéutica (hidróxido de aluminio y compuestos de aluminio soluble).
Compatibilidad con otros materiales
Contacto con otros metales
El acero no protegido se oxida y los arrastres del óxido simplemente manchan el aluminio. En presencia de un
electrolito, tal como el agua de mar o las condensaciones de humedad en atmósfera industrial se pueden producir
ataques locales. Es conveniente evitar el contacto directo efectuando sobre el acero tratamientos como: el cincado,
cadmiado, pintura pigmentada al zinc, cromato de zinc, pintura bituminosa; o aislando el aluminio del acero por la
interposición de una banda plástica de neopreno. Los tornillos de acero deben estar galvanizados o cadmiados, pero aún
así es preferible utilizar tornillos de aleación de aluminio o en su defecto, de acero inoxidable. Los contactos con el
acero inoxidable no magnético no son peligrosos y dan resultados satisfactorios. El contacto del cobre y sus aleaciones
(latón, bronce, bronce al aluminio) es peligroso para el aluminio y deben aislarse convenientemente los dos metales.
Aunque el plomo es más electropositivo que el aluminio, existen numerosos ejemplos de contactos aluminio-plomo que
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se comportan perfectamente bien. No se aconseja en particular, la utilización de pinturas al óxido de plomo (minio de
plomo).
Contacto con el yeso y el cemento
El polvo de yeso o de cemento en presencia de humedad y las salpicaduras de yeso o de cemento fresco
provocan un ataque superficial al metal, dejando manchas blancas después de limpiado, incluso sobre aluminio
anodizado.
Estas manchas no tienen prácticamente influencia sobre la resistencia misma del producto pero afectan su aspecto
superficial. El ataque sobre el aluminio se detiene cuando el yeso o el cemento han fraguado.
Estos inconvenientes pueden ser fácilmente evitables mediante algunas precauciones de protección tales como la
aplicación de bandas adhesivas, lacas pelables u otra alternativa.
Contacto con la madera
La mayor parte de las maderas secas no ejercen acción sobre el aluminio. No obstante, ciertas maderas tales
como el roble y el castaño sufren una reacción ácida en presencia de la humedad. Por lo tanto es conveniente pintar o
barnizar estas maderas antes de ponerlas en contacto con el aluminio.
Manipulación y almacenamiento del aluminio
Precauciones de manipulación
A pesar de la excelente resistencia del aluminio a la corrosión se deberán tomar algunas precauciones para
evitar las causas principales para la alteración superficial de los productos. Una de ellas es el agua de condensación.
Generalmente puede producirse sobre los productos, tanto en el transporte como en el lugar de almacenamiento. Las
manchas de humedad son siempre debidas a esta agua y su tonalidad depende del material y del tiempo de acción del
agua entre superficies muy próximas entre sí. Si el material llega húmedo, debe secarse antes de su almacenamiento.
Esto puede efectuarse por evaporación por corrientes de aire seco o caliente y se deben evitar los cambios bruscos de
temperatura entre el lugar de descargue y el almacenamiento. Se recomienda dejar pasar un tiempo para adaptación del
material a la nueva temperatura, antes de almacenarlo definitivamente. La segunda causa de daño superficial del
aluminio es el rozamiento de los productos.
Precauciones para el transporte y almacenamiento
Cargue y descargue
- Debe ser cuidadosamente cargado al camión para evitar cualquier tipo de golpes o rayones.
- No debe ser lanzado o "tirado" al piso.
- Debe ser trasladado directamente del camión al área de almacenamiento para reducir su manipulación y exposición.
- En el camión debe cuidarse que las cajas queden seguras para que no se muevan en el transporte.
- El material debe ser cargado de tal manera que se minimice la necesidad de caminar sobre las cajas.
Almacenamiento
- No debe almacenarse material a la intemperie o en el suelo.
- Los productos deben almacenarse en un lugar que no sufra caídas bruscas de temperatura o aumentos de humedad.
- Para evitar condensaciones el metal frío no debe almacenarse inmediatamente en un local cálido y húmedo. Es
conveniente en estos casos, utilizar un depósito intermedio seco donde el metal aumente su temperatura y luego ya
pasarlo al depósito definitivo.
- Se debe evitar todo contacto con otros metales y la proximidad de productos químicos volátiles o vapores que puedan
originar un ataque al aluminio.
Arrumes
- Debe arrumarse sobre estibas o anaqueles, en forma vertical u horizontal.
- Si utiliza anaqueles éstos deben estar construídos de forma tal, que permita sacar los perfiles lateralmente en toda su
longitud y no de frente, pues tiene que tirar , del perfil deslizándolo entre los otros; este proceso raya y deteriora
los demás perfiles.
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- Proteja los barrotes o parales de los anaqueles con neoprenos o plásticos para evitar el roce de los perfiles con la
estructura.
Designación del aluminio y aleaciones
Se utiliza un sistema numérico de cuatro dígitos para identificar al aluminio y sus aleaciones destinados a ser
trabajados mecánicamente basado en la norma ANSI H35.1 El primer dígito indica el grupo de aleaciones, de la
siguiente manera:
Aluminio 99,00% mínimo de pureza 1xxx
Grupo de aleaciones de aluminio según el elemento de aleación principal:
Cobre 2xxx
Manganeso 3xxx
Silicio 4xxx
Magnesio 5xxx
Magnesio y Silicio 6xxx
Zinc 7xxx
Otros elementos 8xxx
Series no usuales 9xxx
El segundo dígito indica modificaciones de la aleación original o de límites de impurezas. Los dos últimos
dígitos identifican la aleación de aluminio o indican la pureza del aluminio.
Designación del aluminio y sus aleaciones
Según: IRAM (Rep. Arg.), COPANT (Normas Panamericanas), Aluminun Association (EE.UU):
1000 - Aluminio Puro
Propiedades: formalidad, soldabilidad, buena a excelente resistencia a la corrosión y conductividad eléctrica muy alta,
resistencia limitada.
Usos: equipamiento químico, reflectores, intercambiadores de calor, arquitectura y decoración.
2000 - Aleaciones al Cobre
Cobre: hace las aleaciones tratables térmicamente; aumenta la resistencia y la dureza.
Propiedades: estas aleaciones pueden exceder la resistencia de un acero medio hasta en un 50%. Resistencia a la
corrosión y soldabilidad limitada. Algunas aleaciones de esta familia tienen una maquinabilidad superior.
Usos: partes y estructuras que requieren alta resistencia. Paneles de cajas de camiones, estructuras de aviones y todo lo
que requiere una buena resistencia a temperatura de hasta 300°F.
3000 - Aleaciones al Manganeso
Manganeso: mejora la resistencia natural y la resistencia a la corrosión.
Propiedades: el agregado de alrededor de 1,2% de Mn incrementa la resistencia alrededor de un 20% sobre el Al puro
pero disminuye sus propiedades de conformado.
Usos: la 3003 es la mas utilizada de las aleaciones en la industria y los típicos usos finales incluyen: utensillos de
cocina, intercambiadores de calor, tanques de almacenamiento, cubiertas, muebles, señales de carreteras, techos,
revestimientos y numerosas aplicaciones de arquitectura.
4000 - Aleaciones al Silicio
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Silicio: baja el punto de fusión, mejora la colabilidad y en combinación con el magnesio produce aleaciones tratables
térmicamente con buena formabilidad y resistencia a la corrosión.
Propiedades: el agregado de silicio hasta el 12% hace las aleaciones particularmente convenientes como material de
aporte para soldadura porque tiene bajo punto de fusión. Aleaciones con Si se usan para piezas de fundición, el Si
imparte gran fluidez al metal fundido a colar.
Usos: para usos en arquitectura estas aleaciones pueden anodizarse con atractivos colores de gris o negro. La aleación
de forja 4032 provee un bajo coeficiente de expansión térmica y alta resistencia al desgaste.
5000 - Aleaciones al Magnesio
Magnesio: aumenta la resistencia a la tensión, a la corrosión marina, mejora la soldabilidad y la dureza.
Propiedades: cuando se agrega 0,3 a 5% de Mg al aluminio resultan aleaciones de moderada a alta resistencia, buena
soldabilidad y generalmente buena resistencia a la corrosión en atmósfera marina.
Usos: ornamentos y adornos de arquitectura, artefactos, luces de calles, barcos y botes, tanques para criogenia,
soportes para cañones y partes de puentes grúas.
6000 - Aleaciones al Magnesio - Silicio
Propiedades: los más conocidos miembros de esta familia son las aleaciones 6061 y 6063 que tienen buena
formabilidad, alta resistencia a la corrosión, es rápidamente soldable, fácilmente maquinable y puede ser terminado en
muchas formas.
Usos: arquitectura (instalaciones), equipamiento de transporte, barandas de puentes y construcciones soldadas.
7000 - Aleaciones al Zinc
Zinc: tiende a mejorar la resistencia y la dureza y en combinación con pequeños porcentajes de magnesio produce
aleaciones tratables térmicamente con muy alta resistencia.
Propiedades: la adición de 3 a 8% de Zn, más un pequeño porcentaje de magnesio, cuando es tratado térmicamente y
envejecido, resulta una familia de aleaciones con muy alta resistencia.
Usos: se usa principalmente para estructuras aeronáuticas, equipos móviles y equipos que requieran una alta relación
resistencia - peso.
8000 - Otras Aleaciones
Además de los elementos aleantes comunes, numerosos otros elementos metálicos agregados en variadas cantidades
varían las propiedades de las familias básicas de aleaciones o provee efectos especiales:
Bismuto, plomo y estaño: mejora la mecanización.
Berilio: mejora las características de soldadura y colado.
Boro: ayuda a aumentar la conductividad eléctrica.
Cromo, circonio y vanadio: se usan para proveer efectos especiales.
Niquel: confiere mejor resistencia a elevadas temperaturas.
Titanio: ejerce un poderoso efecto de refinación de grano que confiere resistencia y ductilidad.
Aleaciones de Aluminio: Generalidades
Se utilizan:
Aleaciones para conformar los lingotes para fundición y extrusión.
El material “puro”: Embutido, extrusión por impacto, repujado. Más plasticidad.
Metales técnicos: Cercanos a la pureza total. Adquieren impurezas propias del proceso de fusión.
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Aleaciones Metálicas: Se trabajan en lingotes. Se combinan varios metales al material base para:
Afinar granulometría
Elevar temperatura de cristalización
Estabilidad dimensional.
Elevadas conductividad eléctrica y térmica y resistencia a la corrosión en algunos medios.
A muchas de estas aleaciones se les puede dar formas diferentes con facilidad debido a su elevada ductilidad;
Los principales elementos de aleación son cobre, magnesio, silicio, manganeso y zinc.
Duraluminio (4% Cu, 0,3% Mg, 1% Mn, 0,5% Si), Magnaluminio (3-9% Mg), Siliminio (hasta 14% Si).
Estas aleaciones son de gran importancia en las construcción de los modernos aviones, cohetes, bicicletas,etc.
En las aleaciones se reconocen:
Elementos Constitutivo (Metal base y metales aleantes)
Impurezas: Normales y Anormales
Normales: Primarias: fe, si (hasta 0.5%)
Secundarias: ti, cu, zn, cr, ga Depende del origen de la bauxita y del método de obtención
Correctivos
Purezas: 99,5 a 99,6% Para trabajo plástico, perfilería, etc
99,7 a 99,8% Productos sometidos a corrosion.
99,9% Para transporte de energia
Normas Internacionalmente se tolera: 0.04 a 0.06% de Cu y Zn
Aluminio de 1º fusión y 2º fusión:
1º fusión: Se refunden en hornos a 680º donde liberan gases, subiendo la escoria a la superficie .
Se vuelcan en panes destinados a ser utilizados en fundiciones.
Material virgen.
2º fusión: Se utiliza material reciclado con mismas características a las aleaciones que se quieren obtener.
Puede poseer impurezas propias del trabajo que se realizó con el material.
Se presentan en:
Panes: Diversas formas comerciales. Utilizados para fundición
Lingotes: Pre-elaborado. Lista para la elaboración mecánica. Barras para trafila, plancha para laminación, lingotes
para fundición, lingotes para tubos.
Aleaciones y ligas madres:
Regla: A mas temperatura, mas soluble y mas rápido se incorpora a la masa del aluminio fundido.
Para incorporar un metal dentro de la masa se utilizan las ligas madres.
Aleaciones intermedia donde se combinan los metales a incorporar en la masa
Punto de fusión de la liga debe ser menor al del aluminio.
En estos casos se puede ingresar el material en estado sólido.
Se utilizan para agregar cu, ni, mn, fe, co, y ti.
Ventajas: Mayor incorporación de elementos, disminución de los costos de proceso, bajo punto de fusión.
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Características técnicas:
Punto de fusión: Debe ser menor a 800º (aluminio puro). Preferentemente menor a 660º
Fragilidad: Debe poder fragmentarse para controlar las cantidades a agregar.
Homogeneidad: Debe lograrse una excelente integración de los elementos constitutivos de la liga.
Concentración: Se rigen según: 3n <N<10n
Ej.: Para obtener Aluminio al 0.15% titanio, la liga debe tener: Mas de 0.45 % de ti y menos de 1.5% ti
Métodos de preparación:
Método indirecto: Aluminio sólido en liga liquida.
Se agrega el Al, en pequeños fragmentos de 110 a 300 gr., pre-calentado para liberara la humedad
que pueda contener. No es muy aconsejable. Genera mucha escoria.
Método de 2 líquidos: Aluminio liquido en liga liquida.
Mas racional. Se utiliza 2/3 de aluminio para realizar la liga madre, en estado fundido.-
El resto se agrega en estados sólido pre-calentado.
Método directo: Aluminio liquido en liga sólida
Al aluminio fundido, se agrega el metal sólido. Es el mas difundido. Debe estar la mezcla en
continua agite, para acelerar la disolución
Método de reducción: Combinación química de metales y aluminio.
Aleaciones finales: Intervienen los siguientes componentes:
Recortes y scrap de la misma aleación
Aluminio en panes
Ligas madres
Metales aglutinantes directos como: zn, mg, sn.
Procesos:
Se coloca en el horno los recortes y el aluminio en panes
Una vez fundido, se agrega la liga madre.
Previo al colado se agregan los materiales aglutinantes.
Siempre se deben pre-calentar los materiales que se incorporan a la mezcla.
Materiales para afinación del aluminio: 1. Fundentes:
Sustancias distribuida sobre la superficie del baño.
Impiden el contacto de la masa con el aire.
En estado liquido deben tener densidad inferior al del aluminio.
Se usan combinaciones de: Sodio y cloro ó Calcio y cloro.
Suelen utilizarse en fundiciones no puras
2. Desoxidantes:
Sustancias que actúan sobre el oxido de aluminio.
Lo disuelven y lo convierte en una sustancia fácil de separar de la masa.
Composiciones mas utilizadas: Cloruros de aluminio ó Cloruros de Sodio.
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3. Inhibidores de gases:
La presencia de gases en la masa del material, produce sopladuras disminución de la solubilidad del material.
Un método es mantener el metal a 680 a 710º donde los gases son poco solubles y se retiran por aspiradores.
El mas utilizado es la inyección de un gas activo a través de la masa.
Estos se combinan con las impurezas y permite retirarlas.
Suele utilizarse una combinación de cloro y titanio.
Preparación de lingotes de trabajo plástico:
Se utilizan para ser utilizados para ser elaborados en trabajos plásticos primarios: extrusión, fusión, laminación.
Se dividen en: barras para trafila, placas para laminación, lingotes para extrusión por impacto, lingotes perforado
Placas de laminación: espesores de 30 a 200 mm. Peso aprox. 30 a 60 kg. Su perímetro debe ser bitrapezoidal.
Barras de trafilado: Ø 80 a 500 mm. Peso aprox. 13 a 530 Kg por metro lineal.
Características de los lingotes:
Compactos: No debe tener rechupe, inclusiones gaseosas, fracturas.
Puede influir en la continuidad del semi-elaborado.
Homogeneidad: Debe evitarse la presencia de escoria, óxidos, arenas,
incrustaciones metálicas
Uniformidad: Poseer una buena granulometría.
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Procesos Productivos
Proceso de extrusión
La extrusión en prensa es un procedimiento de conformación por deformación plástica, que consiste en
moldear un metal, en caliente o frío, por compresión en un recipiente obturado en un extremo con una matriz o hilera
que presenta un orificio con las dimensiones aproximadas del producto que se desea obtener y por el otro extremo un
disco macizo, llamado disco de presión.
Si el esfuerzo de compresión se transmite al metal por medio del disco de presión o de la matriz, al proceso de
extrusión se le denomina extrusión directa o extrusión inversa.
En este proceso, un lingote usualmente precalentado y cilíndrico, es transformado en un tramo largo de sección
uniforme, al hacerlo pasar a presión por el orificio de la matriz a través de la cual obtiene su configuración, recibiendo
el nombre de "perfil de aluminio".
El diseño de la boquilla o abertura de la matriz se hará de acuerdo con las necesidades que sean requeridas, ya
sean geométricas, simétricas o asimétricas, donde la limitante es la imaginación del diseñador.
La extrusión nos proporciona secciones transversales sólidas o huecas con dimensiones previamente
establecidas que en otros metales serían imposibles de obtener sin recurrir al ensamblaje de muchas piezas.
Usualmente el aluminio se extruye en caliente para aumentar la plasticidad del metal y lograr menores costos. La
extrusión convencional es un proceso de trabajo en caliente, por lo que la mayoría de los perfiles se deben tratar
térmicamente para aumentar su resistencia (temple). Algunos de los principios básicos a tener en cuenta en el diseño de
un perfil de aluminio, son los siguientes:
1. Tamaño de la figura deseada.
2. Complejidad.
3. Espesor de las paredes de la figura.
Tamaño
El tamaño de un perfil extruido se da tomando la medida del diámetro de la circunferencia que contenga
inscrita la sección transversal del perfil, y se denomina DCC. Las medidas habituales se comprenden en:
1. 160 mm de DCC máximo para matrices sólidas. Hasta 200 mm
2. 160 mm de DCC máximo para matrices tubulares.
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Complejidad
Lo que parece complejo para un proyectista, no siempre lo es para el extrusor. Un diseñador puede considerar
complejo un perfil que sirva para varios fines, o que sustituya un conjunto de 3 ó 4 perfiles. Es importante que el
diseñador
conozca qué es lo que hace complejo a un perfil desde el punto de vista del extrusor.
Una medida de complejidad adoptada por toda la industria productora de perfiles de aluminio es la
clasificación de las formas de los perfiles dentro de 3 grupos básicos:
Perfil sólido: Es aquel cuya sección transversal no tiene ningún espacio vacío, o sea que está completamente
circunscrita por metal.
Perfil semitubular: Es aquel cuya sección transversal tiene espacios vacíos parcialmente circunscritos por metal y
en los cuales la relación entre área y la longitud de la garganta es crítica.
Perfil tubular: Es aquel cuya sección transversal tiene un espacio vacío totalmente circunscrito por metal.
Espesor de las paredes
Aunque es posible la extrusión de perfiles extremadamente delgados, existe un punto donde la dificultad de
producirlo crece, superando el costo del metal economizado. El punto de equilibrio depende de la forma básica del
perfil, de su tamaño y de la aleación a fabricarse. Existen gráficos para determinar los espesores de los perfiles a extruír,
bien sean sólidos o tubulares.
Aleaciones de aluminio para extrusión
Todas las aleaciones de aluminio de deformación plástica son susceptibles de aceptar el proceso de extrusión y
su empleo permite cubrir numerosos sectores y resolver problemas tan diferentes como los que se presentan en
decoración, construcción mecánica, resistencia a la corrosión y a los agentes químicos, etc.
Desde el punto de vista de extrusión se distinguen tres clases de aleaciones:
ALEACIONES BLANDAS, poco cargadas con elementos de adición. No tratables térmicamente:
- Aluminio puro: 1050, 1060, 1080, 1100, 1200, 1260, 1350
- Aluminio-Manganeso: 3003, 3004, 3005, 3103, 3105
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Tratables térmicamente: - Aluminio-Magnesio-Silicio: 6005, 6060, 6061, 6063, 6101, 6106, 6082
ALEACIONES SEMIDURAS
No tratables térmicamente: - Aluminio-Magnesio (+/- 3 %): 5005, 5050, 5251, 5052, 5754
Tratables térmicamente: - Aluminio-Zinc: 7003, 7020
ALEACIONES DURAS
No tratables térmicamente: - A base de magnesio (+/- 3,5%): 5086, 5083,5056
Tratables térmicamente:
- Basándose en cobre y magnesio:
2014, 2017, 2024
- Basándose en zinc, magnesio y cobre:
7049, 7075
Extrusionabilidad de las aleaciones de aluminio
Las aleaciones 6060/6063 son las mas utilizadas ya que tienen el mejor índice de extrusionabilidad. Las
aleaciones con alto índice de extrusionabilidad, por ser muy blandas y no poderse endurecer por tratamiento térmico,
harían que los perfiles que se pudiesen obtener se deformaran en su manipulación, además de no poder mantener las
formas del diseño.
En las aleaciones duras, su baja extrusionabilidad hace que el aluminio no fluya bien y por lo tanto no se
puedan realizar perfiles de secciones complejas. Además de su baja productividad, este tipo de aleaciones requiere
tratamientos térmicos de temple y maduración con un control muy estricto que hace también que en los perfiles de
secciones sencillas el precio sea mayor.
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Posibilidad de extrusión de perfiles
Límites actuales
Los límites están evidentemente en función de las prensas de que se dispone. En EEUU, Rusia y la CEI,
Alemania, Francia, Corea, China, Japón, Gran Bretaña, etc., existen prensas de 5.000 a 15.000 Tns. En España la
medida de las prensas de extrusión oscila entre las 1.600 y las 3.000 Tns.
Sólo a partir de 5.000 Tns. se pueden fabricar perfiles de dimensiones superiores a una sección de 350 mm. Nuestra
especialidad nos permite atender el mercado de perfiles a partir de esta dimensión.
Longitud de los perfiles
Los límites prácticos de la longitud de los perfiles dependen en primer lugar del transporte ya que, aunque
técnicamente se pueden hacer de mayor longitud, al final la pregunta es: ¿Ahora cómo lo transportamos?
En general, la longitud dependerá del tamaño del horno de tratamiento de maduración artificial.
La longitud normal para las barras para mecanizar está establecida en 3.000/4.000 mm y 6.000 mm para los perfiles.
Debido a su costo los perfiles se pueden suministrar a las dimensiones optimizadas por el cliente pero con ciertos
límites. En el sector del transporte, FFCC y construcción naval, se suministran perfiles de hasta 28 m de longitud.
Actualmente para los sectores del ferrocarril y la construcción naval se suministran perfiles de anchuras entre 400 y 600
mm soldados a lo ancho en toda su longitud, lo que permite suministrar plataformas completas hasta de 2.800 x 24.000
mm.
Espesores mínimos
Según la sección del diámetro del círculo circunscrito del perfil, de su sencillez (aleaciones blandas o duras),
de su forma semitubular y de su dificultad de enderezado (aleaciones blandas o duras) y perfiles tubulares (aleaciones
blandas 1050, 5050, 6000), los espesores pueden variar entre 0,8 y 50 mm.
Ángulos vivos y radios El ángulo vivo absoluto no existe en la extrusión. Lo que se designa frecuentemente bajo el nombre de "ángulo vivo" es
en realidad un radio del orden de 0,3 mm. No es posible descender por debajo de este valor a causa de la fragilidad de
las herramientas.
Cuanto más dura es la aleación a extruir, mayor es el riesgo de que se parta la herramienta y, en consecuencia, no se
recomienda el radio mínimo de 0,3 mm para las aleaciones: 5083, 5056, 2017, 2024, 7075, 7049, etc.
TOLERANCIAS DIMENSIONALES
Diremos, a título de ejemplo, que las tolerancias dimensionales de los anchos y de los espesores varían:
de +/- 0,2 mm para una medida nominal de 3 mm
a +/- 1,45 mm para una medida nominal de 180 a 250 mm
TOLERANCIA EN LOS RADIOS
La tolerancia en los radios varía:
de +/- 0,4 mm para un radio mínimo de 3 mm
a +/- 7,0 % para radios de 6 a 10 mm
TOLERANCIA DE ÁNGULO La tolerancia de ángulo varía de 1º a 2º.
TOLERANCIA DE RUGOSIDAD
La rugosidad de la superficie (rayas de extrusión) admisible varía:
de +/- 0,06 mm para espesores inferiores a 1,6 mm
a +/- 0,20 mm para espesores superiores a 16 mm
TOLERANCIAS DE ACABADO
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La flecha máxima en el enderezamiento es de 8 mm sobre 2 m. La torsión angular admisible varía de 1o/m
para perfiles inscritos en un círculo de mas de 75 mm, a 3o/m para perfiles con círculo circunscrito de diámetro menor
que 50 mm. La tolerancia del corte prevé un desescuadre de 1º a 3º y en la longitud de 2 a 6 mm para longitudes hasta 1
m y 10 a 15 mm para longitudes de 9 m.
EXTRUSIÓN DE PERFILES TUBULARES:
A partir de lingotes pre-perforados, se puede realizar a través de un mandril:
Con mandril guiado
Con mandril perforador
Construcción de las matrices de extrusión:
Generalmente se realizan en aceros en base a Cromo y Tungsteno
Dimensiones máximos de los diámetros de las matrices, en función de las prensas
Para 1000 ton. Ø 80 mm
Para 1500 ton. Ø 150 mm
Para 2500 ton. Ø 260 mm
Para 5000 ton. Ø 360 mm
La dimensión del perfil obtenido es función directa del diámetro del contenedor de la prensa.
Para calcular el tipo de prensa, si el perfil es complejo, se calcula el desarrollo.
Dicho desarrollo definira el diámetro de la matriz y por lo tanto la prensa a utilizar.
Sobre un mismo portamatriz se pueden alojar varios tipos de matrices, abaratando los costos.
El cabezal extrusor se compone de: Portamatriz, matriz, centrador de matriz, contramatriz y el cuerpo del
cabezal.
Los pistones y los contenedores de las prensas son realizados en aceros al Cr-Tg-Mb.
Ambos se pulen para disminuir el rozamiento del material, al ser extruido.
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Para mantener el estado plástico del material, dicho contenedor se encuentra calefaccionado por medio de
resistencias eléctricas que se encuentran en su exterior.
La temperatura de trabajo se encuentra entre 350º y 450º C
Relación de temperatura y velocidad de extrusión. Para aluminios de 99% a 99.5%
Temp. Lingote: 400º a 480º C
Temp. Contenedor: 380º a 450º C
Velocidad de Extrusión: 15 a 20 mts/min.
La presión de trabajo varia entre 60 a 90 kg/mm².
Para generar el endurecimiento superficial del perfil, debe ser enfriado enérgicamente al salir de la matriz.
Se deben diseñar perfiles de espesores constantes y simétricos en su forma.
Se pueden obtener perfiles conificados, partiendo de matrices extensibles.
Para la extrusión de perfiles huecos se utilizan matrices a puente.
Tipos de Perfiles
Perfil de sección llena:
Comprende los perfiles generalmente simétricos, compactos, espesores constantes
Son los mas fáciles y económicos de obtener.
Mayor duración de la matricería.
Perfil de sección desequilibrada:
Comprende los perfiles generalmente asimétricos, caracterizados por diferencias en sus espesores.
La dificultades de producción son mayores cuando mayor es la diferencia entre los espesores.
Se detectan distorsiones durante su tratamiento térmico.
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Perfil de sección cerrada o tubos:
Para su producción se utilizan lingotes perforados o bien matrices a puente.
Es el perfil mas caro de desarrollar. Sobre todo por la complejidad de sus matrices.
Habitualmente se transforma un perfil de seccion desequilibrada, en uno de seccion cerrada.
Para ello se quita el exceso de material a partir de una perforación circular o bien poligonal.
Perfil de sección cerrada o tubos:
Son aquellos realizados por medio de matrices en los cuales, la relacion entre el ancho (a) y la altura (h) de la
cavidad interna es menor a 0.8
Esta relación surge a partir del posible debilitamiento de los “dientes” de la matriz, por las excesivas
solicitaciones a la que esta sometido al momento de la extrusión.
Procesos de fundición
El proceso para producir piezas u objetos útiles con metal fundido se le conoce como proceso de fundición.
Consiste en vaciar metal fundido en un recipiente con la forma de la pieza u objeto que se desea fabricar y esperar a que
se endurezca al enfriarse.
Para lograr la producción de una pieza fundida es necesario hacer las siguientes actividades:
1. Diseño de los modelos de la pieza y sus partes internas
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2. Diseño del molde
3. Preparación de los materiales para los modelos y los moldes
4. Fabricación de los modelos y los moldes
5. Colado de metal fundido
6. Enfriamiento de los moldes
7. Extracción de las piezas fundidas
8. Limpieza de las piezas fundidas
9. Terminado de las piezas fundidas
10. Recuperación de los materiales de los moldes
Moldes temporales
Los recipientes con la forma deseada se conocen como moldes, éstos se fabrican de diferentes materiales
como: arena, yeso, barro, metal, etc. Los moldes pueden servir una vez o varias. En el primer caso se les conoce como
moldes temporales y los que se pueden utilizan varias veces, se les conoce como moldes permanentes.
Modelos desechables y removibles
Los moldes se fabrican por medio de modelos los que pueden ser de madera, plástico, cera, yeso, arena, poliuretano,
metal, etc. Si los modelos se destruyen al elaborar la pieza, se dice que éstos son disponibles o desechables y si los
modelos sirven para varias fundiciones se les llama removibles.
Fundición en moldes de arena
Uno de los materiales más utilizados para la fabricación de moldes temporales es la arena sílica o arena verde
(por el color cuando está húmeda). El procedimiento consiste en el recubrimiento de un modelo con arena húmeda y
dejar que seque hasta que adquiera dureza.
Fundición en moldes de capa seca
Es un procedimiento muy parecido al de los moldes de arena verde, con excepción de que alrededor del
modelo (aproximadamente 10 mm) se coloca arena con un compuesto que al secar hace más dura a la arena, este
compuesto puede ser almidón, linaza, agua de melaza, etc. El material que sirve para endurecer puede ser aplicado por
medio de un rociador y posteriormente secado con una antorcha.
Fundición en moldes con arena seca
Estos moldes son hechos en su totalidad con arena verde común, pero se mezcla un aditivo como el que se
utiliza en el moldeo anterior, el que endurece a la arena cuando se seca. Los moldes deben ser cocidos en un horno para
eliminar toda la humedad y por lo regular se utilizan cajas de fundición, como las que se muestran más adelante. Estos
moldes tienen mayor resistencia a los golpes y soportan bien las turbulencias del metal al colarse en el molde.
Fundición en moldes de arcilla
Los moldes de arcilla se construyen al nivel de piso con ladrillos o con materiales cerámicos, son utilizados
para la fundición de piezas grandes y algunas veces son reforzados con cajas de hierro. Estos moldes requieren mucho
tiempo para su fabricación y no son muy utilizados.
Fundición en moldes furánicos
Este proceso es bueno para la fabricación de moldes o corazones de arena. Están fabricados con arena seca de
grano agudo mezclado con ácido fosfórico, el cual actúa como acelerador en el endurecimiento, al agregarse a la mezcla
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una resina llamada furánica. Con esta mezcla de ácido, arcilla y resina en dos horas el molde se endurece lo suficiente
para recibir el metal fundido.
Fundición con moldes de CO2
En este tipo de moldes la arena verde se mezcla con silicato de sodio para posteriormente ser apisonada
alrededor del modelo. Una vez armado el molde se inyecta bióxido de carbono a presión con lo que reacciona el silicato
de sodio aumentando la dureza del molde. Con la dureza adecuada de la arena del molde se extrae el modelo, si este
fuera removible, para posteriormente ser cerrado y utilizado.
También los procesos de moldeo pueden ser clasificados por el lugar en el que se fabrican.
1. Moldeo en banco. Este tipo de moldeo es para trabajos pequeños y se fabrican en un banco que se encuentre a
la mano del trabajador.
2. Moldeo de piso. Para piezas grandes en las que su manejo es difícil y no pueden ser transportadas de un sitio a
otro.
3. Moldeo en fosa. Cuando las piezas son extremadamente grandes y para su alimentación es necesario hacer una
fosa bajo el nivel medio del piso.
Ventajas de los modelos desechables
1. Para la fabricación de moldes sin máquinas de moldeo se requiere menos tiempo.
2. No requieren de tolerancia especiales.
3. El acabado es uniforme y liso.
4. No requiere de piezas sueltas y complejas.
5. No requiere de corazones
6. El moldeo se simplifica notablemente.
Desventajas de los modelos desechables
1. El modelo es destruido en el proceso de fundición.
2. Los modelos son más delicados en su manejo.
3. No se puede utilizar equipo de moldeo mecánico.
4. No se puede revisar el acabado del molde.
Tolerancias en los modelos
En el diseño de los modelos que se utilizan para construir un molde es necesario tener en consideración varias
tolerancias.
1. Tolerancia para la contracción. Se debe tener en consideración que un material al enfriarse se contrae
dependiendo del tipo de metal que se esté utilizando, por lo que los modelos deberán ser más grandes que las
medidas finales que se esperan obtener.
2. Tolerancia para la extracción. Cuando se tiene un modelo que se va a remover es necesario agrandar las
superficies por las que se deslizará, al fabricar estas superficies se deben considerar en sus dimensiones la
holgura por extracción.
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3. Tolerancia por acabado. Cuando una pieza es fabricada en necesario realizar algún trabajo de acabado o
terminado de las superficies generadas, esto se logra puliendo o quitando algún material de las piezas
producidas por lo que se debe considerar en el modelo esta rebaja de material.
4. Tolerancia de distorsión. Cuando una pieza es de superficie irregular su enfriamiento también es irregular y por
ello su contracción es irregular generando la distorsión de la pieza, estos efectos deberán ser tomados en
consideración en el diseño de los modelos.
5. Golpeteo. En algunas ocasiones se golpean los modelos para ser extraídos de los moldes, acción que genera la
modificación de las dimensiones finales de las piezas obtenidas, estas pequeñas modificaciones deben ser
tomadas en consideración en la fabricación de los modelos.
Fundición en moldes metálicos
La fundición en moldes permanentes hechos de metal es utilizada para la producción masiva de piezas de pequeño o
regular tamaño, de alta calidad y con metales de baja temperatura de fusión. Sus ventajas son que tienen gran precisión
y son muy económicos, cuando se producen grandes cantidades. Existen varios tipos de moldes metálicos utilizados
para la fabricación de piezas por lo regular de metales no ferrosos, a continuación se mencionan algunos de las más
utilizados.
Fundición en matrices
En este proceso el metal líquido se inyecta a presión en un molde metálico (matriz), la inyección se hace a una presión
entre 10 y 14 Mpa, las piezas logradas con este procedimiento son de gran calidad en lo que se refiere a su terminado y
a sus dimensiones. Este procedimiento es uno de los más utilizados para la producción de grandes cantidades de piezas
fundidas. Se pueden utilizar dos tipos de sistema de inyección en la fundición en matrices.
Cámara caliente
Cámara fría
La parte más delicada de la maquina para fundir por inyección es el molde. Este molde tiene que ser hecho con
mucho cuidado y exactitud, tomando en cuenta los coeficientes de contracción y las tolerancias para la construcción de
las piezas, de acuerdo con el metal y la temperatura con la que se inyecta.
La cantidad de piezas que pueden fundir en un molde y con una sola maquina es muy grande, además, en una hora
pueden fabricarse de 200 a 2000 piezas según su tamaño y forma, por lo tanto, repartiendo el costo del molde, de la
maquina, así como también los gastos de mano de obra para la manutención del equipo y teniendo en cuenta la gran
producción, a de verse que las piezas fundidas en serie por inyección resultan de bajo costos.
Existen tres formas de fundición por inyección:
Fundición a inyección en cámara caliente.
El proceso en cámara caliente se utiliza solamente para el zinc, aluminio y otras aleaciones de bajo punto de fusión que
no atacan fácilmente ni erosionan los crisoles, cilindros ni pistones de metal. El desarrollo de esta tecnología, mediante
el uso de materiales avanzados, hace posible que este proceso sea utilizado para algunas aleaciones de magnesio. A
continuación se ilustran los componentes básicos de una máquina de fundición a presión en cámara caliente y el molde.
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En este proceso, el émbolo y el cilindro, que forman el mecanismo de inyección, se sumergen en el metal
fundido que se encuentra en el crisol (o recipiente refractario) que es parte integral de la máquina. A continuación se
ilustra la secuencia de operación del ciclo de fundición en cámara caliente.
Secuencia de operación del proceso de fundición a presión en cámara caliente
1. Se cierra el molde y se eleva el émbolo, abriendo el orificio y permitiendo que el metal fundido llene el
cilindro.
2. El émbolo desciende y sella el orificio empujando el metal fundido a través del sifón y la tobera, hacia el
interior de la cavidad del molde, donde es mantenido bajo presión hasta que se solidifica.
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3. El molde se abre y los machos, si hay alguno, se retiran. La pieza fundida se queda sólo en una sección de del
molde, en el lado del mecanismo de eyección. El émbolo retorna, permitiendo que el metal fundido residual
retorne a través de la tobera y el sifón.
4. Los expulsores empujan la pieza fundida y la sacan del molde por el lado del eyector. A medida que el émbolo
va destapando el agujero de llenado, el metal fundido fluye a través de la entrada para rellenar el sifón, como
en el paso (1).
Ventajas de la cámara caliente sobre la cámara fría
Ciclos cortos, comenzando por menos de 1 segundo para componentes de zinc diminutos.
Control preciso de la temperatura del metal, que mejora la fluidez, y permite que las presiones de inyección
sean menores, lo que somete a los equipos a menores esfuerzos. Una mejor fluidez proporciona un mejor
llenado de la cavidad, produce piezas más compactas, y permite paredes de menor espesor.
El cilindro sumergido de la colada (sifón), que se llena automáticamente, elimina la variación, acorta el tiempo
del ciclo, y facilita el control de la temperatura del metal.
No se produce enfriamiento de la carga (colada calculada), como puede ocurrir cuando se transfiere metal
fundido al cilindro de la colada de una máquina de cámara fría.
El metal fundido es sometido a una menor oxidación y a menos contaminantes provenientes de la exposición a
la atmósfera.
Desventajas del proceso de cámara caliente
Limitaciones, ya que las aleaciones de aluminio o de zinc-aluminio, y ciertas aleaciones de magnesio, pueden
ser procesadas solamente en cámara fría.
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Se pueden alcanzar presiones de inyección y velocidades más bajas, por lo que las piezas fundidas pueden ser
menos compactas.
Mayores costos de mantenimiento.
Fundición a inyección en cámara fría
La fundición a inyección en cámara fría difiere de la de cámara caliente en cuanto a que el sistema de inyección de la
primera no se sumerge en el metal fundido. En su lugar, la carga de metal fundido (más material del que se necesita
para fundir la pieza) se transporta, mediante una cuchara de colada, del crisol a un contenedor donde un émbolo
accionado hidráulicamente empuja el metal hacia el interior del molde. El material adicional se utiliza para introducir
mayor cantidad de metal fundido en la cavidad del molde con el objetivo de compensar la contracción que se produce
durante la solidificación. A continuación se muestran los principales componentes de una máquina de fundición a
presión en cámara fría. En este tipo de máquina se pueden lograr presiones de inyección de más de 10.000 psi ó 70.000
KPa.
Secuencia de operación del proceso de fundición a presión en cámara fría
1. Se cierra el molde y el metal fundido se pasa, mediante una cuchara de colada, al contenedor de la cámara fría.
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2. El émbolo empuja el metal fundido hacia el interior de la cavidad del molde, donde es mantenido bajo presión hasta
que se solidifica.
3. El molde se abre y el émbolo avanza, para garantizar que la pieza fundida permanezca en molde eyector. Los
machos, si hay alguno, se retraen.
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4. Los expulsores empujan la pieza fundida y la sacan del molde eyector, y el pistón retorna a su posición original.
Proceso de fundición a inyección en múltiples movimientos.
Dynacast inventó el proceso de fundición en múltiples movimientos en 1936. Aunque los diseños de las
máquinas y los controles del proceso han estado en evolución constante desde entonces, los principios básicos han
seguido siendo los mismos.
Lo que diferencia al proceso de fundición a inyección en múltiples movimientos de la fundición a inyección
convencional en cámara caliente es la construcción y operación de las herramientas, y la máquina de fundición a
inyección que se necesita para operar dicho herramental. La utilización internacional de normas significa que somos
capaces de transferir de forma fluida la producción de un componente hacia cualquier región del mundo, si un cliente lo
necesitara.
El mecanismo de inyección del proceso de fundición a inyección en múltiples movimientos es muy similar al
del proceso de fundición por inyección en cámara caliente.
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El método tradicional de fundición a inyección en cámara caliente utiliza solamente 2 mitades de la
herramienta, lo que hace que la producción de piezas de geometría compleja resulte difícil y costosa. Las herramientas
de movimientos múltiples están diseñadas para utilizar 4 correderas perpendiculares en la herramienta, con el fin de
posibilitar la producción de piezas fundidas muy complejas y de precisión. En algunos casos, se pueden añadir hasta 6
correderas, que pueden estar colocados en ángulos que no sean de 90º. El proceso se utiliza principalmente para la
producción de componentes de zinc y aluminio de pequeño tamaño pero también, cada vez más, para piezas de
magnesio.
La herramienta de movimientos múltiples está compuesta por el porta molde, la corredera, la cruz y la tapa.
Cada porta molde tiene una cavidad y/o machos sobre su cara, que de conjunto forman la cavidad completa y el perfil
del canal de colada por el cual se inyecta el metal fundido. Estos porta matrices se montan sobre correderas que ajustan
con precisión en una cruz, lo cual garantiza la repetibilidad de las operaciones de apertura y cierre. Una tapa, cogida con
tornillos sobre la parte superior de la herramienta, mantiene unidos a todos estos componentes.
Cada una de las correderas es manejada por un controlador PC, y se mueve independientemente de las otras,
tanto durante las secuencias de cierre como las de apertura. Esto proporciona una enorme flexibilidad que garantiza la
integridad de las piezas y evita daños a la herramienta.
La eyección de las piezas se logra mediante un chorro de aire a presión que saca la pieza fundida de la cavidad
y la expulsa hacia un mecanismo de recolección acolchado.
Las máquinas alcanzan, automáticamente, velocidades de hasta 75 ciclos por minuto (4.500 coladas por hora).
Esto se logra mediante la utilización de sistemas neumáticos, en lugar de sistemas hidráulicos más lentos, para accionar
los diferentes componentes de la máquina. La menor fuerza de sujeción que proporcionan los sistemas neumáticos se
suplementa con mecanismos de palanca mecánicos y empujadores hidráulicos, lo que garantiza que la herramienta de
fundición a inyección se mantenga bien cerrada durante el proceso de inyección.
Solidificación y enfriamiento
Después de la colada, se debe esperar que la pieza se solidifique y se enfríe en el molde.Las piezas pequeñas de
molde especial las que se vacían en moldes de coquilla, se solidifican y enfrían en pocos instantes. Las mayores,
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coladas en moldes de arena requieren algunas horas mas o menos, según sus dimensiones en cuanto a las piezas macizas
de gran tamaño no son accesibles a las operaciones posteriores mas que al cabo de algunos días.
Desmolde
Cuando la pieza se ha solidificado y enfriado hasta el punto de poder ser manipulada sin peligro, se procede al
desmolde, bien se trate de coquillas o de cajas. Para realizar esta operación, después de levantar la caja se rompe el
molde de arena con martillos o barras adecuadas. Los moldes permanentes de yeso y las coquillas metálicas solo han de
abrirse ya que, después de sacada la pieza, deben ser utilizados nuevamente.
Fundición con molde permanente por gravedad
Este tipo de fundición es utilizado para piezas en las que la calidad de terminado y dimensional no está sujeto a
restricciones de calidad, debido a que la única fuente de energía que obliga al metal a llenar la cavidad del molde es la
fuerza de la gravedad, un ejemplo de la utilización de este método el la fabricación de lingotes de metal.
La fusión de moldes de baja presión
Es un sistema de fusión que consiste en la colocación de un tallo sobre un crisol sellado, al inyectar presión al
centro del crisol la única salida del metal fundido será el tallo por lo que se genera el flujo del metal por el tallo hasta
que se llena la matriz y se forma la pieza.
Con este procedimiento se pueden fabricar piezas hasta de 30 kg y es rentable para grandes cantidades de piezas sin
grandes requerimientos de calidad.
Fundición hueca
Es un sistema de producción de piezas metálicas huecas sin noyos fijos. Consiste en vaciar metal fundido en un
molde que es volteado cuando se empieza a solidificar el metal. El metal que no se ha solidificado sale del molde para
ser utilizado en otra pieza y el metal solidificado forma las paredes de la pieza. El resultado son paredes delgadas de
metal.
Fundición prensada
Es un proceso para producir piezas huecas pero de mayor calidad que la fundición hueca. Se vacía una cantidad
específica de metal fundido en el interior de un molde con un extremo abierto por el que se introduce un corazón que
obliga al metal fundido a distribuirse uniformemente en todo el molde, una vez que empieza a solidificarse el metal del
molde, se extrae el corazón, lo que origina una pieza de buena calidad. Este sistema de fundición es considerado como
artesanal y sólo es rentable cuando se van a fabricar pocas piezas.
Fundición centrífuga
La fundición centrífuga es un método en el que aprovecha la fuerza centrífuga que se puede general al hacer girar el
metal en torno de un eje. Existen tres tipos de fundición centrífuga:
I. Fundición centrífuga real
II. Fundición semicentrífuga
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III. Centrifugado
Fundición centrífuga real:
Es el procedimiento utilizado para la fabricación de tubos sin costura, camisas y objetos simétricos,
los moldes se llenan del material fundido de manera uniforme y se hace girar al molde sobre su eje de rotación.
Fundición semicentrífuga:
Es un método en el que el material fundido se hace llegar a los extremos de los moldes por la fuerza centrífuga
que genera hacer girar a los moldes, los extremos se llenan del material fundido, con buena densidad y uniformidad. El
centro tiene poco material o de poca densidad. Por lo regular el centro en este tipo de sistemas de fundición es
maquinado posteriormente
Centrifugado
Es un sistema donde por medio de un tallo se hace llegar metal fundido a racimos de piezas colocadas
simétricamente en la periferia. Al poner a girar el sistema se genera fuerza centrífuga la que es utilizada para aumentar
la uniformidad del metal que llena las cavidades de los moldes.
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Procesos de fundición especiales
Proceso de fundición a la cera perdida:
Es un proceso muy antiguo para la fabricación de piezas artísticas. Consiste en la creación de un modelo en
cera de la pieza que se requiere, este modelo debe tener exactamente las características deseadas en la pieza a fabricar.
El modelo de cera es cubierto con yeso o un material cerámico que soporte el metal fundido. Para que seque ese
material cerámico se introduce a un horno, con ello el material cerámico se endurece y el modelo de cera se derrite. En
el molde fabricado se vacía el metal fundido y se obtiene la pieza deseada. Es un proceso que es utilizado para la
fabricación de piezas ornamentales únicas o con muy pocas copias.
Proceso de cáscara cerámica
Es un proceso parecido al de la cera perdida, sólo que en este proceso el modelo de cera o un material de bajo
punto de fusión se introduce varias veces en una lechada refractaria (yeso con polvo de marmol) la que cada vez que el
modelo se introduce este se recubre de una capa de la mezcla, generando una cubierta en el modelo. Posteriormente el
modelo y su cáscara se meten en un horno con lo que el material refractario se endurecerá y el modelo se derrite. Así se
tiene un molde listo para ser llenado con un metal y producir una fundición sólida o hueca.
Fundición en molde de yeso
Cuando se desea la fabricación de varios tipos de piezas de tamaño reducido y de baja calidad en su terminado
superficial, se utiliza el proceso de fundición en molde de yeso. Este consiste en la incrustación de las piezas modelo
que se desean fundir, en una caja llena con pasta de yeso, cuando se ha endurecido el yeso, se extraen las piezas que
sirvieron de modelo y por gravedad se llenan las cavidades con metal fundido. El sistema anterior puede producir
grandes cantidades de piezas fundidas con las formas deseadas.
Modelos
Después de las debidas comprobaciones, el modelista debe definir si el modelo ha de ser de madera, material
desechable o tendrá que realizarlo un mecánico especializado y construirse de metal. En colaboración con la fundición,
el modelista o el mecánico construyen el modelo teniendo en cuenta el sistema de moldeo que adoptara el fundidor. El
modelista hará también la correspondiente caja de machos, almas, núcleos o noyos.
Son muchos los factores que ha de tenerse en cuenta para la realización del objeto y del modelo, los cuales producirán
un producto mejor y menos costoso:
• La combinación de componentes reduce los costos de montaje cuando se sustituye un conjunto ya existente de
varias piezas por una pieza fundida.
• La reducción de peso disminuye el costo directo de la materia prima y también aumenta el ritmo de
producción.
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• Los ahorradores de peso reducen el contenido total de material, mejorando a menudo el diseño y la calidad de
la pieza mediante la eliminación de áreas porosas de potencial contracción. Al fabricar el molde se debe tener
cuidado de evitar los elementos de pequeño tamaño que puedan provocar un fallo prematuro del mismo o necesitar
mucho mantenimiento.
• Es conveniente que haya uniformidad en el espesor de pared ya que diferentes espesores pueden tener un
impacto negativo en la solidez de la pieza fundida a presión, debido a la cambiante velocidad del metal y a la
turbulencia que se crea cuando llena el molde.
• El diseño meticuloso de nervios en piezas estructurales grandes, puede reducir el contenido total de material a
la vez que mantiene la integridad estructural de la pieza.
• Evitar los ángulos agudos que van en detrimento de la duración del molde y aumentan el costo del
componente.
• Las tolerancias ajustadas innecesarias aumentan de forma significativa el costo de la fundición. Obtener una
tolerancia determinada en una pieza fundida depende de todo el proceso, no sólo de la cavidad del molde.
• El ángulo de desmolde es una necesidad fundamental de la fundición, que garantiza que la pieza pueda
extraerse del molde sin sufrir daños.
• Los elementos de una pieza fundida que no sean perpendiculares a la línea de división pueden llevar, a
menudo, a un costo significativamente mayor, debido a la necesidad de movimientos angulares adicionales o
mecanizado.
• Al evitar el mecanizado se elimina la posibilidad de descubrir los defectos bajo la superficie que aumentarían
los niveles de rechazo.
• La marca de la entrada de material y las líneas de división permisibles, y su posición, tienen impacto en el
costo: cuanto más exigentes sean las necesidades, mayor será la cuantía de las operaciones de acabado y el costo.
• El uso de tornillos autorroscantes o moldeadores de rosca puede reducir de forma significativa el costo del
componente acabado, eliminando la operación de roscado requerida y la necesidad de utillaje de fijación. Los
orificios, hechos mediante la inserción de macho en el molde, para tornillos autorroscantes o moldeadores de rosca
pueden ser fundidos, eliminando la necesidad de las
operaciones de taladrado.
• El costo de las aleaciones para fundición está sujeto a variaciones y no es un buen indicador del costo relativo
de un componente acabado. La economía del proceso de fundición está en función del ritmo de producción,
determinado por
factores independientes como el material, tamaño de la máquina, peso de los componentes, tiempo del ciclo,
número de cavidades, duración del molde y nivel de rechazo.
• El costo del molde viene determinado por el número de horas que se necesitan para la fabricación, que es una
función del diseño del objeto.
Radios. Para evitar las concentraciones de alto esfuerzo en el componente y en el molde de fundición a presión y para
ayudar a que se llene todo la
cavidad, deben usarse radios adecuados en todos los bordes internos y externos del componente. La excepción a esta
regla son los casos donde el elemento cae en la línea de partición del molde.
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Radios menos recomendables
No recomendados
Nervios, ángulos y expulsión
Los nervios se usan para:
Aumentar la rigidez y resistencia de un componente.
Ayudar en la producción de una pieza fundida maciza.
Si el componente es una pieza estructural, el diseño de los nervios debe considerarse cuidadosamente, especialmente en
las áreas sometidas a altos esfuerzos. Deben utilizarse radios proporcionados de forma adecuada para evitar
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concentraciones de altos esfuerzos en la unión del nervio y el componente principal. Esto también puede ayudar en la
producción de una pieza fundida maciza al proporcionar un medio de distribuir el metal dentro del molde. La tecnología
actual de fundición a presión permite nervios más delgados y profundos de los que eran posibles anteriormente. Sin
embargo, la relación anchura / profundidad tiene una importancia significativa en el diseño del molde y en los procesos
que se usan para fabricarlo. Sin embargo, los ángulos y bordes en la posición de la línea de partición deben ser agudos,
lo cual puede resultar poco recomendable desde el punto de vista del rendimiento de trabajo del componente. Cualquier
otra posición debe tener radios para evitar problemas de fallos prematuros del molde y favorecer el llenado de la
cavidad.
Diseños de nervio recomendados
No recomendados
Reducción de grandes masas
Al rediseñar piezas fabricadas anteriormente mediante otros procesos, el empleo de paredes de menor espesor y nervios
de refuerzo puede reducir el peso, eliminando las masas grandes.
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En el ejemplo anterior, el cubo que se muestra en (1) es malo debido a la gran masa de material en las paredes,
que dará como resultado porosidad y alargará los ciclos de colada. El cubo que se muestra en (2) está mejor, con un
espesor de pared más uniforme, y donde las paredes gruesas han sido sustituidas por nervios. El cubo que se muestra en
(3) también está bien y no necesita machos móviles ni correderas para los machos.
Simplificación del molde.
Algunas características como los cortes sesgados, cubos y orificios, necesitan bien un mecanizado posterior o
machos de corredera retráctiles en el molde, ya que estos elementos no están orientados en la dirección de extracción
del molde. Los machos de correderas retráctiles pueden aumentar significativamente el costo de fabricación y
mantenimiento de un molde, y también alargan el ciclo de fundición. Más aún, también tienden a producir rebabas en
superficies exteriores y generar costos adicionales para su posterior eliminación. A continuación se muestran ejemplos
de rediseño de componentes para eliminar machos de correderas.
En (1) se necesitan machos móviles debido a las características externas, sin embargo en (2) la pieza fundida
puede hacerse sin machos
móviles ni correderas para machos.
Repujado
El repujado es el arte de deformar la chapa de un material metálico en frío. Es utilizada en la fabricación de
recipientes, piezas labradas en relieve y piezas ahuecadas.
Se realiza partiendo de chapas planas de metal, ya sea de cobre, bronce, aluminio, plata, latón, estaño, u otros.
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Puede realizarse por:
Matriz
En la técnica del martillado, se llama matriz a un taco de madera ahuecado. Sobre esta matriz se coloca la chapa plana
de metal, a la cual le dan golpes de martillo para lograr la forma de una vasija o un recipiente.
Matriz, taco de madera Se coloca la chapa de cobre
ahuecado. (0,8mm de espesor) sobre
la madera.
Se martilla a la lámina Pieza final.
de cobre de manera de
ahuecarla y dar formar
a la vasija.
Martilleo
El repujado por martilleo es una técnica que practican los chapistas en las caldererías. Consiste en golpear
repetidamente la chapa sobre un tas (es un yunque pequeño que usan los plateros y plomeros) de cabeza redondeada e ir
moviéndola en la dirección conveniente para correr el metal y obtener una extensión de la chapa.
yunques pequeños para martilleo.
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Pieza realizada por martilleo. Se pueden apreciar
las marcas del martillo.
Torneado
El repujado al torno es una técnica que consiste en ejercer una presión sobre la chapa que va girando en el
torno. Mientras la chapa gira, se estira el metal deslizando la herramienta desde el centro hacia la periferia y viceversa,
de manera que va adquiriendo la forma del molde.
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La pantalla en aluminio
de la lámpara está Olla de cobre repujada al cobre
repujada al torno.
Forjado La operación denominada forjado tiene por objeto:
Dar forma a una pieza, partiendo de otra con dimensiones comerciales o de un trozo con forma o volumen
equivalente.
Mejorar las cualidades o propiedades tecnológicas del metal.
Las piezas forjadas en matriz según métodos modernos tiene propiedades superiores a cualquiera de los demás
productos de aluminio batido. Además, es posible obtener las máximas propiedades mecánicas en los puntos críticos de
la pieza forjada, arreglando el flujo del metal para que quede paralelo a la dirección de la tensión. Las piezas de
aluminio forjadas en matriz se usan extensamente en las piezas estructurales de aviones, motores y hélices que tienen
que resistir grandes esfuerzos. También se aprovecha su baja inercia y alta resistencia para las piezas móviles de
maquinaria.
El equipo usado para forjar el aluminio es semejante al usado para otros metales, pero se destaca por su tamaño
voluminoso. El aluminio no es tan plástico como el acero a la temperatura de forjado, por lo que la fuerza que se
aplique tendrá que ser grande. Toman parte
en la producción de piezas forjadas de aluminio de esta calidad, martinetes, martillos neumáticos, rodillos de forja y
prensas mecánicas e hidráulicas.
Procesos de trabajo en caliente
Es el trabajo de un metal por medio de fuerzas de compresión localizadas, aplicadas con martillos de mano o
mecánicos, prensas o máquinas de forjar especiales.
La forja provee todos los beneficios del trabajo en caliente. Sus distintas formas han sido desarrolladas para proveer
gran flexibilidad, para hacer económicamente factible, forjar una sola pieza o para producir miles de piezas idénticas
masivamente.
Los procesos comunes de forjado son:
Forja con martillo o de herrero
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Forja con martinete
Forja con prensa o a presión
Forja de recalcado
Forja de laminado
Forja de estampado
Forja con martillo o de herrero
Es el mismo tipo de forja que hace el herrero pero en la práctica moderna se realiza con un martillo mecánico.
S e coloca el metal caliente sobre un yunque y se golpea repetidamente con un martillo mecánico.
Es fundamental que el metal sea calentado hasta la temperatura adecuada. Se usan generalmente hornos de gas, petróleo
o electricidad, aunque ahora se utiliza el calentamiento por inducción en algunas aplicaciones principalmente para
forjado recalcado o por impacto.
El forjado de herrero se hace generalmente con un martillo a vapor de doble bastidor. Otro tipo, el de bastidor
abierto, deja libre más espacio para manipular la pieza y es, por lo tanto, algo más flexible. Sin embargo no es tan fuerte
como el de doble bastidor.
Los martillos de bastidor abierto tienen capacidades de hasta 5000 libras, y los del tipo de doble bastidor hasta
25 000 libros. El yunque y el martillo son chatos, y el operador obtiene la forma deseada en la pieza, girándola y
manipulándola entre golpe y golpe de martillo.
Usa también a veces herramientas de formas especiales que coloca entre el martillo y la pieza, para facilitar el
forjado de secciones redondas, para hacer agujeros o en cortes. En el forjado de piezas grandes se usan manipuladores
mecánicos para sostener y manejar el material.
Forjado con martinete
Si bien la forja de herrero es simple y flexible, el método no es adecuado para producción masiva, ya que es
lento y la forma y tamaño resultantes dependen enteramente del operario. La forja con martinete supera estas
dificultades.
En la forja con martinete se usan matrices cerradas. Se unen una mitad de la matriz al martillo y la otra al
yunque del martinete. Se coloca el metal caliente en la cavidad inferior de la matriz y se lo golpea varias veces con la
parte superior. Este martilleo, dentro de la matriz cerrada, hace que el metal fluya en varias direcciones de modo de
llenar la cavidad del molde. Cualquier exceso de metal es apretado entre las caras de la matriz en la periferia de la
cavidad y eliminado en forma de rebaba. Una vez completada la forja, se quita la rebaba por medio de una matriz
recortada o desbarbadora.
La mayoría de las matrices para forja con martinete contienen cavidades múltiples. La primera impresión es de
canteado, capado o doblado para distribuir aproximadamente en su forma final. La forma y dimensiones finales son
impartidas en la impresión final.
Forja con prensa
La forja con prensa emplea una acción lenta de compresión para deformar el metal. En la forja con martinete
gran parte de la energía de impacto se disipa cerca de la superficie del metal y en el basamento de la prensa, por lo tanto
no es posible forjar, por el contrario, penetra completamente en todo el metal.
Las prensas de forjar se fabrican en tamaños muy grandes. Muchas piezas forjadas con prensa se completan en un solo
cierre de las matrices. Las forjas con prensa requieren generalmente menor salida que las piezas forjadas con martinete,
y tienen por lo tanto, mayor exactitud dimensional.
Forja de recalcado
Al recalcar el extremo, o alguna porción central de una barra, se aumenta su diámetro comprimiéndola en longitud.
Forja de laminado
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La forja de laminado se usa para obtener secciones de una barra en bruto, reduciendo el diámetro y aumentando su
longitud.
Forja de estampado
En el estampado el metal es golpeado mientras se confina parcialmente. El estampado en caliente se usa para
reducir el diámetro de un tubo o una varilla. Generalmente se usa una matriz, a veces como maza, de modo que los
golpes repetidos hacen que el metal fluya hacia adentro y tome la forma de la matriz.
La forja a mano se hace con matrices muy sencillas, y la forma se desarrolla haciendo girar el metal con
matrices muy sencillas, y la forma se desarrolla haciendo girar el material y regulando los golpes del martinete o carrera
del pistón de la prensa. La forja a mano es un arte muy especializado pero sólo pueden producirse piezas de forma muy
sencilla sin que se detenga el flujo lateral del metal. Las piezas forjadas a mano tienen que labrarse por completo, lo
cual es una operación adicional y costosa. Por eso las piezas forjadas a mano se usan solamente en trabajos
experimentales para evitar el costo de hacer matrices. Una pieza producida por forja a mano puede servir de prototipo
para hacerla después por forja en matriz.
Para forjar solamente se usan aleaciones de aluminio fraguado. Una aleación para forja de metal “vaciado”
tiene mala estructura y produce piezas forjadas poco satisfactorias. Si el metal requerido es demasiado grande para
producirlo por extrusión, el lingote vaciado puede dividirse en la prensa de forja o a mano en el martinete para proveer
material batido de tamaño y grano adecuados.
Las piezas forjadas normalmente se usan para resistir altas tensiones y fuertes golpes de carga, de modo que
solamente se hacen de aleaciones de alta resistencia tratables térmicamente.
Aleaciones Alcan para forja y sus características
Alcan 26S: Esta es la aleación de mayor uso para piezas forjadas, ya que tiene la resistencia necesaria junto con buenas
características de forja. La Alcan 26S tiene resistencia regular a la corrosión y normalmente no se considera adecuada
para soldadura por fusión.
Alcan 61S: Esta es una variación de la composición Alcan 65S y es más adecuada para forja pero tiene buena
resistencia a la corrosión y se suelda fácilmente.
Alcan 75S: Esta es la más resistente de las aleaciones para forja y se usa en vez de la Alcan 26S cuando las ventajas de
su mayor resistencia superan su costo más elevado. La Alcan 75S tiene resistencia regular a la corrosión y normalmente
no se considera adecuada para soldadura por fusión.
Procesos de trabajo en frío
El trabajo en frío es el modelado de metales por medio de deformaciones plásticas por debajo de la temperatura
de recristalización. En la mayoría de los casos se hace a temperatura ambiente, aunque puede realizarse también a
temperaturas poco elevadas cuando esto proporciona aumento en la ductilidad, como en el caso del magnesio que es
trabajado en frío a 300-400° F. Los procesos de trabajo en frío son muy importantes en la producción y su uso se ha
extendido considerablemente en los últimos años. Tienen ciertas ventajas y desventajas marcadas, comparándolas con
los procesos de trabajo en caliente.
Ventajas
Mejor control dimensional.
Reproductibilidad e intercambiabilidad de las piezas.
Mejor acabado de las superficies.
No se necesita calentamiento.
Mejora las propiedades de resistencia.
Pueden impartirse propiedades de resistencia.
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Desventajas
Se requieren mayores fuerzas para la deformación.
Se necesitan equipos más potentes y pesados.
Las superficies de los metales deben estar limpias y libres de escamas.
Se produce endurecimiento por deformación.
Se dispone de menor ductilidad.
Pueden aparecer propiedades direccionales perjudiciales.
El examen de estas ventajas y desventajas, revelan que las ventajas hacen el tratamiento en frío particularmente
adaptable desde el punto de vista de la producción en masa. Las desventajas principalmente son aquellas relativas a las
grandes fuerzas y potencias requeridas y a la limitación de la ductilidad. Ya que la energía es barata, comparada con el
costo del trabajo humano, y el equipo pesado necesario ha sido desarrollado y puede justificarse económicamente
cuando se produce un gran número de piezas, los requerimientos de fuerza y energía no son límites serios.
Análogamente la limitación en la ductilidad ha sido ampliamente superada por el desarrollo de mejores materiales
y procedimientos que obtienen un mejor uso de la ductilidad disponible. En gran medida la producción en masa
moderna ha crecido paralelamente y se ha hecho posible por el desarrollo de los procedimientos de modelado en frío.
Donde quiera que se encuentren productos de metales, casi siempre contienen un porcentaje substancial de piezas
trabajadas en frío.
Preparación de los metales para trabajo en frío
Dos de las razones importantes para el trabajo en frío son obtener superficies mejor terminadas y mejor
exactitud dimensional de las que son posibles por medio del trabajo en caliente, se debe preparar en alguna medida al
previo al trabajo en frío. Primero, el metal debe estar libre de escamas para evitar desgaste y picado en las matrices o
rodillos que se usan en el trabajo en frío. La eliminación de escamas se hace sumergiendo el metal en ácido y luego
lavándolo.
Segundo, para lograr una buena tolerancia dimensional en piezas trabajadas en frío, generalmente es necesario
comenzar con el metal de espesor uniforme y con una superficie pulida. Por esta razón, a veces se le da previamente un
laminado en frío suave a las planchas de metal, antes del trabajo en frío principal.
Forjado en frío
Gran cantidad de productos son realizados por medio del forjado en frío en el cual el metal es comprimido en
una cavidad de matriz que le imparte la forma deseada. Se usan dos variantes de este proceso. En uno se corta una parte
de una barra en el primer paso, y luego ser la lleva a una segunda matriz donde el recalcado es realizado en uno o más
golpes de punzón. Si se requieren dos o más golpes, el punzón correcto es girado en posición entre golpe y golpe.
Cuando el encabezado se completa, un perno de cierre expulsa la pieza terminada de la matriz que lo sostiene.
En la otra variante, la barra se hace avanzar hacia fuera; se sujeta, se forma la cabeza, y luego se la corta a su longitud.
Este procedimiento se usa para fabricar clavos, formándose la punta en la operación de corte. A través del uso de varios
tipos de matrices cerradas, pueden hacerse partes relativamente complejas con muy estrecha tolerancia, en una única y
rápida operación de forjado en frío. Este proceso es particularmente adecuado para los metales dúctiles no ferrosos, pero
también puede usarse para muchas aplicaciones de acero.
Estampado y extrusión por impacto
Deformación plástica
Los dos tipos principales de trabajo mecánico en los cuales el material puede sufrir una deformación plástica y
cambiarse de forma son trabajos en caliente y trabajos en frío.
Como muchos conceptos metalúrgicos, la diferencia entre trabajo en caliente y en frío no es fácil de definir.
Cuando al metal se le trabaja en caliente, las fuerzas requeridas para deformarlo son menores y las propiedades
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mecánicas se cambian moderadamente. Cuando a un metal se le trabaja en frío, se requieren grandes fuerzas, pero el
esfuerzo propio del metal se incrementa permanentemente.
La temperatura de recristalización de un metal determina si el trabajo en caliente o en frío está siendo cumplido
o no. El trabajo en caliente de los metales toma lugar por encima de la recristalización o rango de endurecimiento por
trabajo. El trabajo en frío debe hacerse a temperaturas abajo del rango de recristalización y frecuentemente es realizado
a temperatura ambiente.
Estampado de chapa:
Es el proceso de conformado en frío por el que se transforma una chapa, mediante doblado y corte, a una forma
definida por un troquel o útil. Durante este proceso la chapa no debe cambiar sustancialmente de espesor. Dentro de este
concepto se agrupan diferentes tipos de operaciones como punzonado, doblado, corte fino.
La estampación permite conseguir piezas con altos niveles de precisión y repetibilidad pudiendo ser una
alternativa ventajosa incluso para pequeñas y medianas series. El empleo de chapas de alta resistencia permite la
fabricación de piezas estructurales de alta responsabilidad y grandes solicitudes.
Las piezas estampadas se utilizan básicamente en automóviles, máquinas, electrodomésticos, herramientas
mecánicas y equipos eléctricos. Entre los criterios para la selección del proceso de estampado más económico se
encuentran el tamaño y la forma de los productos, junto a la resistencia y la precisión exigidas.
Las investigaciones para alcanzar elevados índices de producción de componentes de precisión al menor costo
posible condujeron a un uso cada vez mayor de la conformación por prensa, lo que, por otro lado, está abriendo nuevos
mercados. Procesos de fabricación que requieren tiempo, como la fundición, sinterización, forjado y mecanizado, están
siendo reemplazados progresivamente, principalmente en la producción de piezas en chapas metálicas de 2 a 12 mm. de
grosor.
La calidad de la superficie de la arista de corte constituye uno de los factores decisivos en la selección del
método de estampado óptimo y, por tanto, del concepto de fabricación. Otros factores menos importantes son las
cantidades de producción, y la forma y precisión dimensional de la pieza.
El corte por láser o el mecanizado por electroerosión pueden ser utilizados proporcionando ventajas en la
producción de lotes pequeños de piezas de chapas metálicas. Por otro lado, para lotes medios y grandes, sólo merece ser
considerado el método de estampado (DIN 8588 – cizallamiento). Puede alcanzarse este objetivo mediante dos procesos
distintos: el estampado convencional y el estampado de precisión.
Los dos procesos utilizan herramientas compuestas, herramientas progresivas o herramientas de fase única, con
sistemas diferentes de transporte de piezas. Estas herramientas, a diferencia de las de conformación, por regla general
son accionadas por prensas con un recorrido relativamente corto y una baja capacidad de producción. Las prensas
pueden ser accionadas hidráulicamente o por un mecanismo como una barra articulada. De estos dos sistemas, el
funcionamiento hidráulico es más flexible, mientras que el funcionamiento mecánico se caracteriza generalmente por
tener velocidades más altas.
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Estampado de precisión: (Tailored blanks)
Más conocida como tailored blanks, se emplea actualmente en la industria del automóvil para la fabricación de
paneles de la carrocería, y permite distribuir el peso exactamente donde se necesita, lográndose como consecuencia
directa, su reducción significativa.
Partiendo de diferentes láminas de metal, que pueden variar en espesor, tipo de aleación y clase de
revestimiento, se obtiene una única pieza estampada, aprovechándose las diferentes propiedades de cada material. Las
láminas de metal de partida se cortan con la geometría adecuada por medio de un láser, a fi n de obtener unos bordes de
alta calidad; es decir, a escuadra, con una pequeña rugosidad superficial y libres de óxido.
A continuación, dichos elementos se colocan correctamente, debiendo mantener sus bordes enfrentados, firmemente en
contacto y en el mismo plano, en todo momento. Después, se unen mediante soldadura láser.
Los beneficios que esta técnica permite obtener pueden resumirse en:
Ahorro de peso, eliminando la necesidad de refuerzos adicionales y reduciendo el espesor donde la
resistencia no sea un factor crítico.
Obtención, en una misma pieza, de zonas con una mejor resistencia a la corrosión.
Reducción de los riesgos de cambios estructurales del material derivados de los procesos de
soldadura convencionales.
Mejora de la seguridad de la carrocería: conseguir áreas de baja y alta resistencia en una misma
pieza, posibilitará la creación de estructuras que se deformen de manera óptima.
Ahorro de costes, al reducir el número de elementos por carrocería.
El estampado convencional se prefiere e incluso es necesario en los casos en que el mayor número de golpes
del martillo favorece la retirada de las piezas y de los desechos separadamente, por debajo de las herramientas,
operación que requiere aberturas cónicas en las placas de la matriz. Además, debido al aumento del diámetro de la
matriz causado por la afiladura, las piezas pierden precisión con el paso del tiempo. Por otro lado, la obligatoriedad de
una mesa vaciada en la prensa hace más difícil soportar las herramientas de forma satisfactoria.
En el estampado de precisión, las piezas y los desechos primeramente son depositados dentro del espacio de la
matriz y luego son retirados por medio de un chorro de aire comprimido o por dispositivos mecánicos de retirada.
Debido al ruido del primer método y al problema de la llamada neblina de aceite lanzada a la atmósfera, se prefiere la
utilización de agarradores o empujadores mecánicos, a pesar de que sean más lentos y de que su coste sea más elevado.
Sistemas para componentes conformados y estampados
Las piezas conformadas y estampadas son producidas por combinaciones de diferentes operaciones, como las
de estampado, doblado, embutido, extrusión y corte. Las prensas para estas piezas pueden precisar recorridos más
largos y más potencia que las de componentes planos.
Lo mismo que con piezas de chapas metálicas planas, también varían los requisitos de calidad de los
componentes conformados. Especialmente en piezas de material grueso, la calidad superficial de las aristas de las piezas
puede ser determinante junto a la precisión dimensional.
Sistemas sin requisitos funcionales en la superficie de la arista
Las piezas de chapas conformadas y estampadas con un perfil cizallado, como guía para el montaje, muchas
veces se producen en prensas de efecto único y dos columnas, en ocasiones junto con máquinas de embutir. Según el
recorrido de la conformación, la frecuencia del martillo de la prensa es por regla general inferior que para operaciones
de estampado puro.
El concepto del equipo de producción está determinado por las características de la pieza y por la cantidad de
producción necesaria. Las soluciones pueden comprender máquinas de estampar de herramienta única, prensas
automáticas con herramientas progresivas o prensas “transfer” con sistemas de transporte integrados para utillaje de
múltiples fases.
Aleaciones de mayor uso para el estampado de piezas
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El mercado del aluminio para el estampado de piezas está fuertemente dominado por el A380, una
aleación estándar fabricada con aluminio reciclado.
Los niveles de pureza pueden ser muy variables pero tienen poca influencia en las prestaciones generales de la
aleación.
Las aleaciones de Zinc caen en dos categorías. Si tienen el 4% de aluminio, se llaman Zamak y si
contienen mayores niveles de aluminio se llaman ZA-alloys.
En cuanto a los ZA-Alloys, sólo el ZA-8 tiene un uso más generalizado para el estampado de piezas
pero, aún así, es poco frecuente. El uso del magnesio está fuertemente dominado por la familia AZ91 aunque
otras aleaciones (AE42, AM60, AS41A y ZE41A) también se usan bastante.
El AZ91B se produce a partir de magnesio reciclado y contiene niveles relativamente altos de impureza.
Su resistencia a la corrosión es extremadamente pobre pero se sigue usando mucho cuando esto no
supone un problema serio. Por el contrario, cuando la resistencia a la corrosión sí que es relevante, se usa el
AZ91D (material con prestaciones aproximadamente iguales a las del aluminio A380 en las pruebas
anticorrosión de spray salado o niebla salina).
Las piezas de Aluminio A380 hay que estamparlas en cámara fría y esto implica un proceso de fundición y
moldeo que desgasta notablemente el molde (sólo 100.000 inyecciones, de 5 a 10 veces menos que con un molde para
termoplásticos).
Prensas:
Son maquinas herramientas cuya característica es la entrega de grandes cantidades de energía (Fuerza x
recorrido) de forma controlada. Atendiendo a la forma de entregar dicha energía las prensas pueden ser mecánicas o
hidráulicas.
Prensas Mecánicas. Constan de un motor eléctrico que hace girar un volante de inercia que sirve de
acumulador de energía. La energía se entrega a la parte móvil de la prensa (carro) mediante un embrague o
acoplamiento. La entrega de la energía es rápida y total gastando en cada golpe una fracción de la capacidad de trabajo
acumulada. Se usan para trabajos de corte, estampación, forja y pequeñas embuticiones.
Prensas Hidráulicas. Se basan en el conocido principio de Pascal alimentándose un pistón de gran diámetro
con fluido a alta presión y bajo caudal consiguiendo altísimas fuerzas resultantes. La entrega de energía es controlada en
cada momento tanto en fuerza como en velocidad por lo que mantenemos el control constante del proceso. Se usan en
operaciones de embutición profunda y en procesos de altas solicitaciones como acuñado.
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Ejemplos: cárteres de aceite, brazos de suspension, elementos estructurales, objetos de adorno y
decoración, extintores (en este caso formado por dos piezas embutidas soldadas), menaje de
cocina...
Carcasa campana-extractora
(chapa 0.8mm, 1mm)
Refuerzo Grapa-Armada Tapa de paletas Retenedor de aceite Retenedor de aceite
Embutido:
Es el proceso ideal para la fabricación en chapa fina de piezas con superficies complejas y altas exigencias
dimensiónales, sustituyendo con éxito a piezas tradicionalmente fabricadas por fundición y mecanizado, como carteres
y tapas de balancines.
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Carter Estampado
Desechables
La proporción de los productos desechables es específica, tanto en el consumo de materiales como en la
función a que se destina. Esta proporción está caracterizada por producir bandejas, platos e insumos domésticos a base
de láminas de aluminio.
Productos utilizados: Láminas en las aleaciones: 3003, 8006, 8011 en templados conforme a la aplicación.
Bandejas, platos "tipo viandas" y tapas. Son producidos con láminas aplicadas con barniz deslizante en ambos lados,
facilitando de esta manera el estampado.
Embutido con matriz de acción simple
Embutido con matriz de doble acción
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Embutido con matriz de acción simple
Introducción extrusión:
Los metales que pueden trabajarse en caliente pueden extruirse con formas de sección transversal uniforme con
ayuda de presión. El principio de extrusión, similar a la acción del chorro de la pasta de dientes de un tubo. Algunos
metales como el plomo, estaño y aluminio pueden extruirse en frío, mientras que otros requieren la aplicación de calor
para hacerlos plásticos o semisólidos antes de la extrusión. En la operación actual de extrusión, los procesos difieren un
poco, dependiendo del metal y aplicación, pero en resumen consisten en forzar al metal (confinado en una cámara de
presión) a salir a través de dados especialmente formados.
Extrusión por Impacto
En la extrusión por impacto un punzón es dirigido al pedazo de metal depositado en el fondo de un recipiente
que hace las veces de matriz. Las paredes de dicha matriz sirven a manera de guías laterales por donde se desliza,
ascendiendo, el aluminio comprimido, determinando el diámetro y la longitud del envase, conformado por la presión de
choque. La mayoría de las operaciones de extrusión por impacto, tales como la manufactura de tubos plegables, son
trabajadas en frío. Sin embargo hay algunos metales y productos, particularmente aquellos en los cuales se requieren
paredes delgadas, en los que los pedazos de metal son calentados a elevadas temperaturas.
En Aluminio (sin costuras) producidos mediante el proceso de extrusión por impacto, utilizado para el empaque de
productos cosméticos (mousses, desodorantes, talcos), farmaceúticos, aplicaciones especiales como contenedores
de lápices y portalápices de escritorio.
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Métodos de Unión
Soldadura
La soldadura es un proceso para la unión de dos metales por medio de calor y presión y se define como la liga
metalúrgica entre los átomos del metal a unir y el de aporte.
Existen diversos procesos de soldadura los que difieren en el modo en que se aplica el calor o la energía para la
unión. A continuación se presenta una manera general de agruparlos:
Soldadura blanda Soldadura fuerte
Soldadura por forja Soldadura con gas
Soldadura con resistencia Soldadura por inducción
Soldadura por arco Soldadura por vaciado
Soldadura por fricción Soldadura por explosión
Para lograr la soldadura algunos procesos requieren sólo de fuerza para la unión, otros requieren de un metal de
aporte y energía térmica que derrita a dicho metal. Cada uno de los diferentes procesos de soldadura tienen sus
características de ingeniería particulares y sus costos específicos.
Existen diferentes tipos de uniones de los materiales, estas uniones se conocen como juntas y van desde las
elementales hasta las más complejas, a continuación se observan algunas de las juntas de soldadura más comunes. Su
aplicación dependerá fundamentalmente del tipo de material a utilizar, la apariencia de la unión y del uso que se dará a
la unión.
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Soldadura blanda
Es la unión de dos piezas de metal por medio de otro metal llamado de aporte, éste se aplica entre ellas en
estado líquido. La temperatura de fusión de estos metales no es superior a los 430ºC. En este proceso se produce una
aleación entre los metales y con ello se logra una adherencia que genera la unión. En los metales de aporte por lo
regular se utilizan aleaciones de plomo y estaño los que funden entre los 180 y 370ºC.
Este tipo de soldadura es utilizado para la unión de piezas que no estarán sometidas a grandes cargas o fuerzas.
Una de sus principales aplicaciones es la unión de elementos a circuitos eléctricos. Por lo regular el metal de aporte se
funde por medio de un cautín y fluye por capilaridad.
Aleaciones para soldadura blanda de aluminios
Silvering al.50
Es una aleación diseñada para unir casi todos los metales, especialmente los más difíciles.
Une metales ferrosos y metales no ferrosos como: cobre, bronce, latón, alpaca, y peltre.
Metales blancos como: Aluminio, antimonio, zinc, plomo, peltre, dura-aluminio, zamac, etc.
Une casi todas las combinaciones difíciles e intrincadas como: Aluminio con zamac, aluminio con acero o
aluminio con cobre. Es ideal para unir metales delgados y piezas delicadas con bajo punto de fusión, brindando máxima
resistencia a todas las soldaduras blandas, (estaño / plomo, antimonio, plata, zinc) y en algunos casos reemplaza a las
soldaduras fuertes de plata y de bronce.
Implementación
Es utilizada para uniones de cobre-aluminio, cobre-cobre y acero-cobre en refrigeración, aires acondicionados,
tuberías de aluminio en radiadores, condensadores, evaporadores en neveras, troqueles, moldes, perfiles, secciones
delgadas o delicadas que puedan sufrir distorsión.
En la industria automotriz para carburadores, bombas, radiadores y refrigeración.
En la industria del gas para unir tubería de cobre-cobre con extremada resistencia.
Características
Bajo punto de fusión (260ºC). Temperatura de trabajo entre 200ºC y 260ºC dependiendo del metal base.
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Fundentes
Cuando se trate de soldar aluminio, metales blancos y metales no ferrosos (cobre), el fundente apropiado es
FLUX AL.50. Este es de composición orgánica y no es corrosivo. En la soldadura se vuelve anticorrosivo. Actúa entre
125ºC y 300ºC.
Silvering al.100
Es una soldadura diseñada para unir, reconstruir y sellar agujeros o fracturas en aluminio. Esta soldadura es
auto fundente en aluminio, dejando uniones limpias, lisas y sin poros, con sobresaliente resistencia mecánica y a la
corrosión. También sirve para soldar aleaciones de zinc, zamac, antimonio y peltre.
Implementación
Es de gran utilidad en la reconstrucción de lanchas, barcos, aviones, hélices, carburadores, motos, motores,
carcasas, bases de máquinas, guadañas, carpintería en aluminio, puertas, ventanas, divisiones, muebles, escaleras,
fundiciones de aluminio, rejillas, troqueles, moldes, matrices, tapas, artesanía en zamac y peltre, hebillas, escudos,
trofeos, lámparas, herrajes, cantinas para lechería, etc. Es excelente para reparar defectos de fundición, sellar agujeros,
grietas y reconstruir partes desgastadas. Ideal para rellenar sin fundente. Si se desea aumentar la fluidez de la soldadura
es necesario usar FLUX AL.100.
Características
Bajo punto de fusión (380ºC). El aluminio funde a 660ºC.
Excelente resistencia a la oxidación corrosión.
Alta resistencia y dureza.
Presentación: 52 varillas por kilogramo.
Soldadura fuerte
En esta soldadura se aplica también metal de aporte en estado líquido, pero este metal, por lo regular no ferroso,
tiene su punto de fusión superior a los 430 ºC y menor que la temperatura de fusión del metal base. Por lo regular se
requiere de fundentes especiales para remover los óxidos de las superficies a unir y aumentar la fluidez al metal de
aporte. Algunos de los metales de aporte son aleaciones de cobre, aluminio o plata. A continuación se presentan algunos
de los más utilizados para las soldaduras denominadas como fuertes:
1. Cobre. Su punto de fusión es de 1083ºC.
2. Bronces y latones con punto de fusión entre los 870 y 1100ºC.
3. Aleaciones de plata con temperaturas de fusión entre 630 y 845ºC.
4. Aleaciones de aluminio con temperatura de fusión entre 570 y 640ºC
La soldadura dura se puede clasificar por la forma en la que se aplica el metal de aporte. A continuación se
describen algunos de estos métodos:
Inmersión. El metal de aporte previamente fundido se introduce entre las dos piezas que se van a unir, cuando este se
solidifica las piezas quedan unidas.
Horno. El metal de aporte en estado sólido, se pone entre las piezas a unir, estas son calentadas en un horno de gas o
eléctrico, para que con la temperatura se derrita al metal de aporte y se genere la unión al enfriarse.
Soplete. El calor se aplica con un soplete de manera local en las partes del metal a unir, el metal de aporte en forma de
alambre se derrite en la junta. El soplete puede funcionar por medio de oxiacetileno o hidrógeno y oxígeno.
Electricidad. La temperatura de las partes a unir y del metal de aporte se puede lograr por medio de resistencia a la
corriente, por inducción o por arco, en los tres métodos el calentamiento se da por el paso de la corriente entre las piezas
metálicas a unir.
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Soldadura por forja
El proceso consiste en el calentamiento de las piezas a unir en una fragua hasta su estado plástico y
posteriormente por medio de presión o golpeteo se logra la unión de las piezas. En este procedimiento no se utiliza
metal de aporte y la limitación del proceso es que sólo se puede aplicar en piezas pequeñas y en forma de lámina. La
unión se hace del centro de las piezas hacia afuera y debe evitarse a como de lugar la oxidación, para esto se utilizan
aceites gruesos con un fúndente, por lo regular se utiliza bórax combinado con sal de amónio.
La clasificación de los procesos de soldadura mencionados hasta ahora, es la más sencilla y general, a
continuación se hace una descripción de los procesos de soldadura más utilizados en los procesos industriales.
Soldadura con gas
Este proceso incluye a todas las soldaduras que emplean gas para generar la energía necesaria para fundir el
material de aporte. Los combustibles más utilizados son el acetileno y el hidrógeno los que al combinarse con el
oxígeno, como comburente generan las soldaduras autógena y oxhídrica.
La soldadura oxhídrica es producto de la combinación del oxígeno y el hidrógeno en un soplete. El hidrógeno
se obtiene de la electrólisis del agua y la temperatura que se genera en este proceso es entre 1500 y 2000°C.
La soldadura autógena se logra al combinar al acetileno y al oxígeno en un soplete. Se conoce como autógena
porque con la combinación del combustible y el comburente se tiene autonomía para ser manejada en diferentes medios.
El acetileno se produce al dejar caer terrones de carburo de calcio en agua, en donde el precipitado es cal
apagada y los gases acetileno. Uno de los mayores problemas del acetileno es que no se puede almacenar a presión por
lo que este gas se puede obtener por medio de generadores de acetileno o bien en cilindros los que para soportar un
poco la presión 1.7 MPa, se les agrega acetona.
En los sopletes de la soldadura autógena se pueden obtener tres tipos de flama las que son reductora, neutral y
oxidante. De las tres la neutral es la de mayor aplicación. Esta flama, está balanceada en la cantidad de acetileno y
oxígeno que utiliza. La temperatura en su cono luminoso es de 3500°C, en el cono envolvente alcanza 2100°C y en la
punta extrema llga a 1275°C.
En la flama reductora o carburizante hay exceso de acetileno lo que genera que entre el cono luminoso y el
envolvente exista un cono color blanco cuya longitud esta definida por el exceso de acetileno. Esta flama se utiliza para
la soldadura de monel, níquel, ciertas aleaciones de acero y muchos de los materiales no ferrosos.
La flama oxidante tiene la misma apariencia que la neutral excepto que el cono luminoso es más corto y el cono
envolvente tiene más color, Esta flama se utiliza para la soldadura por fusión del latón y bronce. Una de las
derivaciones de este tipo de flama es la que se utiliza en los sopletes de corte en los que la oxidación súbita genera el
corte de los metales. En los sopletes de corte se tiene una serie de flamas pequeñas alrededor de un orificio central, por
el que sale un flujo considerable de oxígeno puro que es el que corta el metal.
En algunas ocasiones en la soldadura autógena se utiliza aire como comburente, lo que genera que la temperatura
de esta flama sea menor en un 20% que la que usa oxígeno, por lo que su uso es limitado a la unión sólo de algunos
metales como el plomo. En este tipo de soldadura el soplete es conocido como mechero Bunsen.
En los procesos de soldadura con gas se pueden incluir aquellos en los que se calientan las piezas a unir y
posteriormente, sin metal de aporte, se presionan con la suficiente fuerza para que se genere la unión.
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Soldadura por resistencia
El principio del funcionamiento de este proceso consiste en hacer pasar una corriente eléctrica de gran
intensidad a través de los metales que se van a unir, como en la unión de los mismos la resistencia es mayor que en sus
cuerpos se generará el aumento de temperatura, aprovechando esta energía y con un poco de presión se logra la unión.
La corriente eléctrica pasa por un transformador en el que se reduce el voltaje de 120 o 240 a 4 o 12 V, y se eleva el
amperaje considerablemente para aumentar la temperatura. La soldadura por resistencia es aplicable a casi todos los
metales, excepto el estaño, zinc y plomo.
Este tipo de soldadura ofrece la ventaja de:
No alterar la composición química del metal a soldar, desde el momento que nos se agregan sustancias extrañas.
Es un método económico porque gasta la energía necesaria, únicamente en el punto deseado, finalizándose la
operación en pocos segundos.
No se agrega ningún metal en la unión y no hay desperdicio.
La soldadura por resistencia interesa principalmente para los trabajos en serie y con espesores bastante débiles.
En los procesos de soldadura por resistencia se incluyen los de:
a. soldadura por puntos
b. soldadura por resaltes
c. soldadura por costura
d. soldadura a tope
Soldadura por puntos la corriente eléctrica pasa por dos electrodos con punta, debido a la resistencia del material a unir
se logra el calentamiento y con la aplica de presión sobre las piezas se genera un punto de soldadura. La máquinas
soldadoras de puntos pueden ser fijas o móviles o bien estar acopladas a un robot o brazo mecánico. La soldadura por
puntos se usa principalmente en la industria de aviación.
Diagrama de una máquina soldadora por puntos
Soldadura por resaltes es un proceso similar al de puntos, sólo que en esta se producen varios puntos a la vez en cada
ocasión que se genera el proceso. Los puntos están determinados por la posición de un conjunto de puntas que hacen
contacto al mismo tiempo. Este tipo de soldadura se puede observar en la fabricación de mallas
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Soldadura por costura consiste en el enlace continuo de dos piezas de lámina traslapadas. La unión se produce por el
calentamiento obtenido por la resistencia al paso de la corriente y la presión constante que se ejerce por dos electrodos
circulares. Este proceso de soldadura es continuo.
Soldadura a tope consiste en la unión de dos piezas con la misma sección, éstas se presionan cuando está pasando por
ellas la corriente eléctrica, con lo que se genera calor en la superficie de contacto. Con la temperatura generada y la
presión entre las dos piezas se logra la unión.
Soldadura por inducción
Esta soldadura se produce al aprovechar el calor generado por la resistencia que se tiene al flujo de la corriente
eléctrica inducida en la piezas a unir. Por lo regular esta soldadura se logra también con presión. Consiste en la
conexión de una bobina a los metales a unir, y debido a que en la unión de los metales se da más resistencia al paso de
la corriente inducida en esa parte es en la que se genera el calor, lo que con presión genera la unión de las dos piezas.
La soldadura por inducción de alta frecuencia utiliza corrientes con el rango de 200,000 a 500,000 Hz de
frecuencia, los sistemas de soldadura por inducción normales sólo utilizan frecuencias entre los 400 y 450 Hz.
Soldadura por arco eléctrico
Es el proceso en el que su energía se obtiene por medio del calor producido por un arco eléctrico que se forma
entre la pieza y un electrodo. Por lo regular el electrodo también sirve de metal de aporte, el que con el arco eléctrico se
funde, para que así pueda ser depositado entre las piezas a unir. La temperatura que se genera en este proceso es
superior a los 5,500°C. La corriente que se utiliza en el proceso puede ser directa o alterna, utilizándose en la mayoría
de las veces la directa, debido a la energía es más constante con lo que se puede generar un arco estable. Las máquinas
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para corriente directa se construyen con capacidades hasta de 1,000 A, con corrientes de 40 a 95 V. Mientras se efectúa
la soldadura el voltaje del arco es de 18 a 40 A.
Para la generación del arco existen los siguientes electrodos:
a. Electrodo de carbón. En la actualidad son poco utilizados, el electrodo se utiliza sólo como conductor para
generar calor, el metal de aporte se agrega por separado.
b. Electrodo metálico. El propio electrodo sirve de metal de aporte al derretirse sobre los materiales a unir. Se
pueden utilizar para estos electrodos máquinas para soldar de corriente directa o alterna, las segundas constan
de transformadores estáticos, lo que genera bajos mantenimiento e inversión inicial. Existen máquinas de 150,
200, 300, 500, 750 y 1000 A.
c. Electrodos recubiertos. Los electrodos metálicos con un recubrimiento que mejora las características de la
soldadura son los más utilizados en la actualidad, las funciones de los recubriimientos son las siguientes:
o Proporcionan una atmósfera protectora
o Proporcionan escoria de características adecuadas para proteger al metal fundido
o Facilita la aplicación de sobrecabeza
o Estabiliza el arco
o Añade elementos de aleación al metal de la soldadura
o Desarrolla operaciones de enfriamiento metalúrgico
o Reduce las salpicaduras del metal
o Aumenta la eficiencia de deposición
o Elimina impurezas y óxidos
o Influye en la profundidad del arco
o Influye en la formación del cordón
o Disminuye la velocidad de enfriamiento de la soldadura
Las composiciones de los recubrimientos de los electrodos pueden ser orgánicas o inorgánicas y estas substancias se
pueden subdividir en las que forman escoria y las que son fundentes. Algunos de los principales compuestos son:
o Para la formación de escoria se utilizan SiO2, MnO2 y FeO
o Para mejorar el arco se utilizan Na2O, CaO, MgO y TiO2
o Desoxidantes: grafito, aluminio, aserrín
o Para mejorar el enlace: silicato de sodio, silicato de potasio y asbestos
o Para mejorar la aleación y la resistencia de la soldadura: vanadio, cesio, cobalto, molibdeno, aluminio,
circonio, cromo, níquel, manganeso y tungsteno.
Soldadura por arco con hidrógeno atómico
En un sistema generador de un arco eléctrico en el que se agrega hidrógeno se liberará calor con mayor
intensidad que en un arco común, la temperatura que se alcanza en este tipo de arco es superior a los 6,000 °C.
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Soldadura por arco con gas protector
El objetivo fundamental en cualquier operación de soldadura es el de conseguir una junta con las mismas
características que el metal base. Este resultado solo puede obtenerse si el baño de fusión esta completamente aislado de
la atmósfera durante toda la operación de soldeo. En las soldaduras por arco con protección gaseosa, se utiliza como
medio protector un chorro de gas que rodea al arco y al baño de fusión, impidiendo la contaminación de la soldadura.
El procedimiento puede aplicarse tanto manual como automáticamente, y en cualquier caso, su campo de
aplicación alcanza de los espesores mas finos hasta los mas gruesos, tanto en metales férreos como no férreos.
Este tipo de soldaduras tienen como ventajas que las uniones obtenidas son mas resistentes, mas dúctiles y
menos sensibles a la corrosión, que los procedimientos por parte de otras soldaduras.
Otras ventajas de este tipo de soldaduras por arco con protección gaseosa es la que permite obtener soldaduras
mas limpias, sanas y uniformes, debido a la secases de humo y proyecciones. Por otra parte al ser la protección del arco
transparente, el soldador puede ver claramente lo que esta haciendo en todo momento. La soldadura puede realizarse en
todas las posiciones con un mínimo de proyección. Por ultimo, también es menor la deformación de las piezas en las
inmediaciones del cordón de soldadura.
En este proceso la unión se logra por el calor generado por un arco eléctrico que se genera entre un electrodo y
las piezas, pero el electrodo se encuentra protegido por una copa por la que se inyecta un gas inerte como argón, helio o
CO2. Con lo anterior se genera un arco protegido contra la oxidación y además perfectamente controlado. Existen dos
tipos de soldadura por arco protegido la TIG y la MIG.
Soldadura TIG (tungstein inert gas) es aquella en la que el electrodo de la máquina es de tungsteno, por lo que el
metal de aporte se debe añadir por separado.
Soldadura MIG (metal inert gas) es la que el electrodo es de un metal consumible que va siendo utilizado como metal
de aporte, por lo que este sistema es considerado como de soldadura continua.
Procedimientos TIG
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La soldadura TIG fue desarrollada inicialmente con el propósito de soldar metales anticorrosivos y otros
metales difíciles de soldar, no obstante al pasar del tiempo, su aplicación se ha expandido incluyendo tanto soldaduras
como revestimientos endurecedores (hardfacing) en prácticamente todos los metales usados comercialmente.
En este procedimiento, el arco de soldadura salta desde un electrodo de tungsteno que no se consume durante
la operación de soldeo.
El chorro de gas inerte, suministrado con una cierta presión a través de una boquilla que rodea al electrodo, expulsa
el aire de las inmediaciones de la zona de soldeo, evitando la oxidación del el electrodo, del baño de fusión y de la zona
térmicamente afectada.
En el procedimiento TIG el electrodo solo se utiliza para establecer el arco. Como no se consume no sirve de
material de aportación.
Para uniones que precisan material de aportación, se utiliza una varilla metálica, que se introduce en el baño de
fusión siguiendo un método operatorio similar al que se emplea en soldaduras oxiacetilénicas. En algunos casos se
emplean nombres comerciales a los procedimientos como: Heliarc(linde), Nertal, Heliwelding (Airco), etc....
Para el soldeo por el procedimiento TIG puede utilizarse cualquier grupo convencional, de corriente continua o
corriente alterna, de los que se emplean en la soldadura por arco con electrodos revestidos. Sin embargo, es importante
que permita un buen control de la corriente en el campo de las pequeña intensidades. Esto es necesario con vistas a
conseguir una buena estabilidad de arco incluso a bajas intensidades lo que resulta especialmente interesante en las
soldaduras de espesores finos.
En cuanto a las maquinas de corriente alterna( Transformadores), debe equiparse con un generador de alta
frecuencia. Esto es, por que hay que recordar que en la soldadura con corriente alterna el sentido de circulación de la
corriente está cambiando continuamente.
Tanto la resistencia, para los generadores de corriente continua, como los generadores de alta frecuencia para los
transformadores, pueden obtenerse fácilmente en la mayoría de las casas suministradoras de material de soldadura.
Válvulas y otros instrumentos de control para soldaduras semiautomáticas.
Procedimientos MIG
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La soldadura GMAW (gas metal arc welding) o Soldadura MIG (metal inert gas) es también conocida como
Gas Arco Metal o MAG, donde un arco eléctrico es mantenido entre un alambre sólido que funciona como electrodo
continuo y la pieza de trabajo. El arco y la soldadura fundida son protegidos por un chorro de gas inerte o activo. El
proceso puede ser usado en la mayoría de los metales y la gama de alambres en diferentes aleaciones y aplicaciones es
casi infinita.
Este es protegido por una atmósfera de argón puro en la soldadura MIG y por una mezcla de 80% de argón y
20% de dióxido de carbono en la soldadura MAG. Para la unión de acero para sierras se recomienda el uso de la
soldadura MAG. El argón protege contra la oxidación durante la soldadura, mientras que el dióxido de carbono permite
que el metal de aportación penetre en la junta. El área a soldar se precalienta automáticamente a 450°C (850°F).
La soldadura Mig es inherentemente mas productiva que la MMA (Soldadura de arco manual), donde las
perdidas de productividad ocurren cada vez que el soldador se detiene para reemplazar el electrodo consumido. En la
soldadura de arco manual también es notable la perdida cuando el restante de el electrodo que es sujetado por el porta
electrodo es tirado a la basura, (en algunos casos es reciclado).
Por cada Kilogramo de varilla de electrodo cubierto comprado, solamente al rededor del 65% es aprovechado
como parte de la soldadura (el resto es tirado a la basura o solo en algunos casos reciclado). El uso de alambre sólido y
el alambre tubular ha incrementado la eficiencia entre 80-95 % a los procesos de soldadura.
El proceso MIG opera en D.C. (corriente directa) usualmente con el alambre como electrodo positivo. Esto es
conocido como "Polaridad Negativa" (reverse polarity), La "Polaridad Positiva" (straight polarity) es raramente usada
por su poca transferencia de metal de aporte desde el alambre hacia la pieza de trabajo. Las corrientes de soldadura
varían desde unos 50 Amperios hasta 600 Amperios en muchos casos en voltajes de 15V hasta 32V, un arco auto-
estabilizado es obtenido con el uso de un sistema de fuente de poder de potencial constante (voltaje constante) y una
alimentación constante del alambre.
Continuos desarrollos al proceso de soldadura MIG lo han convertido en un proceso aplicable a todos los
metales comercialmente importantes como el acero, aluminio, acero inoxidable, cobre y algunos otros. Materiales por
encima de 0.076 mm (.0.030-in) de espesor pueden ser soldados en cualquier posición, incluyendo "de piso", vertical y
sobre cabeza.
Es muy simple escoger el equipo, el alambre o electrodo, el gas de la aplicación y las condiciones optimas para
producir soldaduras de alta calidad a muy bajo costo.
El proceso básico MIG incluye tres técnicas muy distintas: Transferencia por "Corto Circuito", transferencia
"Globular" y la transferencia de "Arco Rociado (Spray Arc)". Estas técnicas describen la manera en la cual el metal es
transferido desde el alambre hasta la soldadura fundida.
Corto circuito -- Globular -- Rociado (Spary)
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En la transferencia por corto circuito, también conocido como "Arco Corto", "Transferencia espesa" y "Micro
Wire", la transferencia del metal ocurre cuando un corto circuito eléctrico es establecido, esto ocurre cuando el metal en
la punta del alambre hace contacto con la soldadura fundida.
En la transferencia por rociado (spray arc) diminutas gotas de metal fundido llamadas "Moltens" son
arrancadas de la punta del alambre y proyectadas por la fuerza electromagnética hacia la soldadura fundida.
En la transferencia globular el proceso ocurre cuando las gotas del metal fundido son lo suficientemente
grandes para caer por la influencia de la fuerza de gravedad.
Los factores que determinan la manera en que los metales son transferidos son la corriente de soldadura, el
diámetro del alambre, la distancia del arco (voltaje), las características de la fuente de poder y el gas utilizado en el
proceso. La soldadura MIG es un proceso versátil, con el cual se puede depositar soldadura a un rango muy alto y en
cualquier posición.
El proceso es ampliamente usado en laminas de acero de bajo y mediano calibre de fabricación y sobre
estructuras de aleación de aluminio particularmente donde existe un alto requerimiento de trabajo manual o trabajo de
soldador.
Desde su aparición en el mundo de la soldadura, todas las agencias de regulación y clasificación de los metales
de aporte tomaron muy en serio este proceso y la creación de su propio código de clasificación fue indispensable, en el
caso de la Sociedad Americana de Soldadura AWS, se crearon dos códigos por separado, uno para las aleaciones de
bajo contenido de Carbón o también conocido como acero dulce y uno para las aleaciones de alto contenido de Carbón
o donde la composición química final de el material aportado fuera cambiada de forma dramática.
Importancia de la Fluidez
La fluidez de la soldadura fundida en el cordón de soldadura es muy importante por varias razones. Cuando la
soldadura fundida es suficientemente fluyente, mientras esta en su estado liquido, tiende a moverse sola llenando los
espacios hasta los bordes produciendo una forma rasa, con formas mas gentiles especialmente en las soldaduras de
filetes. Esto es muy importante para las soldaduras de corto circuito de multi-paso, donde un defecto de "carencia de
fusión" puede ocurrir si la forma en los pasos iniciales es pobre. Soldaduras rasas bien moldeadas son también bien
apreciadas cuando la apariencia es una de las principales preocupaciones y donde el uso de esmeriles sea necesario para
llegar a cumplir los requerimientos del trabajo.
Precaución: Excesiva fluidez podría generar problemas en la ejecución de la soldadura en ciertas posiciones o haciendo
soldaduras sobre filetes cóncavos horizontales.
Influencia del Gas y el Arco de la Soldadura
El uso de Anhídrido Carbónico (CO2) causa mas turbulencias en la transferencia de el metal del alambre a el
metal base con la tendencia a crear cordones de soldadura mas abultados y un alto incremento de las salpicaduras.
Las mezclas de gases con bases de Argón (Ar) proveen transferencias de metales mas estables y uniformes,
buena forma del cordón de soldadura y las salpicaduras son reducidas al mínimo, además de un rango mas bajo en la
generación de humo.
El incremento en el Voltaje del arco tiende a incrementar la fluidez, haciendo las soldaduras mas rasas,
afectando la penetración de los bordes y generando mas salpicaduras, Los voltajes mas altos reducen
considerablemente la penetración y podrían causar la perdida de elementos que forman parte de la aleación.
Corriente Continua Y Polaridad Inversa
Cuando se trabaja con corriente continua, el circuito de soldadura puede alimentarse con polaridad directa o
polaridad inversa. En polaridad directa, los electrones circulan del electrodo hacia la pieza, lo que genera en esta una
gran cantidad de calor. En la polaridad inversa, los electrones circulan desde la pieza hacia el electrodo, originando un
fuerte calentamiento de este ultimo. El intenso calor generado en el electrodo tiende a fundir el extremo del mismo y
puede producir la contaminación del cordón de soldadura. Para evitar este fenómeno, la corriente continua con
polaridad inversa requiere del empleo de electrodos de mayor diámetro.
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La polaridad también afecta a la forma del cordón. Concretamente, la polaridad directa da lugar a cordones
estrechos y de buena penetración. Por el contrario, la polaridad inversa produce cordones anchos y pocos penetrados.(
Ver figuras), por esta razón, la corriente continua con polaridad inversa no se utiliza en los procedimientos TIG . Como
excepción, se utiliza ocasionalmente en soldaduras de aluminio y magnesio.
En estos metales se forma una pesada película de óxido, que se elimina fácilmente cuando los electrones fluyen
desde la pieza a el electrodo( polaridad inversa). Esta acción de limpieza del óxido no se verifica cuando se trabaja en
polaridad directa. Sin embargo, también se produce en corriente alterna, durante el semi ciclo de polaridad inversa. Este
tipo de acción limpiadora, necesario en el soldeo de aluminio y del magnesio, no se precisa en otros tipos de metales y
aleaciones.
La limpieza del óxido se atribuye a los iones de gas, cargados positivamente, que son atraídos con fuerza hacia
la pieza, cargado negativamente. Estos iones, al estrellarse contra la pieza, tienen suficiente energía como para romper
con la película de óxido y limpiar el baño de fusión
Adhesivos
La unión por medio de adhesivos es una técnica para juntar materiales que en los últimos años a demostrado
ser capaz de reemplazar o complementar a métodos convencionales tales como las uniones por clavos, grampas u otros,
en un sin número de aplicaciones.
Cabe aclarar que los tornillos, clavos y grampas aún dominan el campo de las estructuras marinas y domésticas,
asimismo muchos productos de producción masiva que involucran accesorios metálicos dependen de las uniones
mecánicas.
Debido a las ventajas en un sin número de aplicaciones, los pegamentos o adhesivos ofrecen nuevas posibilidades de
construcción a bajo costo. Por ejemplo, el peso de un producto es de vital importancia para un diseñador de productos y
fácilmente podrá afectar el costo del mismo, por lo que el uso de adhesivos complementados al uso de tornillos y clavos
reduce significativamente el tamaño y cantidad de los mismos, reduciendo a su vez el peso del producto.
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Adhesivos epoxídicos
Son resinas, generalmente de dos componentes, el adhesivo y un catalizador, que al mezclarse reaccionan químicamente
formando uniones extra fuertes. La reacción de fraguado se puede acelerar con calor.
Los que se comercializan vienen en distintos tiempos de secado, desde 5 minutos hasta 2 horas o más. Cada uno tiene su
aplicación particular, desde reparaciones rápidas hasta terminación de laminados plásticos. Poseen insuperables
características de unión balsa-terciada, madera-madera, madera-metal, madera-plásticos (excepto polietileno), metal-
metal, son muy usados en combinación con fibra de vidrio, fibra de carbono, kevlar, en refuerzos y construcción de
piezas especiales. Requieren para su correcta aplicación de un rango de temperaturas regulado (de 20 a 25ºC) para un
correcto fraguado. Son solubles en alcohol. Contraen poco al secar. Las de secado más lento son más fáciles de lijar.
Adhesivos de Cianoacrilato
Son adhesivos anaeróbicos, es decir, que reaccionan y adhieren cuando se quita el aire de la unión, por este motivo no
sirven para rellenar uniones sino que requieren de uniones muy bien ajustadas.
Se caracterizan por su rapidez de acción, de acuerdo con el tipo pegan entre 2 segundos a 1 minuto. Generalmente se
comercializan en tres grados: líquido, de secado ultra rápido (1 a 5 segundos), medio (también llamado “Gap Filling”, o
“rellenador de juntas”) es algo más espeso y de secado intermedio (entre 10 a 20 segundos) y Gel, de secado lento (de
30 a 40 segundos).
Ventajas y desventajas de las uniones con adhesivos
Beneficios obtenidos por el uso de adhesivos.
Dependiendo del tipo de adhesivo que se use, el diseño de las uniones, el método de aplicación y la función que se
desea cumplir, las uniones con adhesivos serán capaces de ofrecer las siguientes ventajas:
• La habilidad de unir una amplia gama de materiales.
• La eliminación de aquellas superficies irregulares y contornos de superficie generados por los métodos de unión como
los tornillos y clavos, ofreciendo una mejor apariencia de acabado en el proceso de ensamblaje.
• La fabricación de formas complejas donde métodos convencionales de unión no son aplicables.
• Distribución más uniforme de los esfuerzos sobre el área de aplicación del adhesivo, con la minimización de áreas de
stress concentrado como las generadas por los tornillos y clavos.
• Una significativa reducción de peso por medio de la eliminación de accesorios metálicos como pernos, tornillos y
clavos.
• Las capas de adhesivo pueden actuar como aislantes frente a la electricidad, el calor, el sonido y más aún pueden
reducir o prevenir la corrosión.
• La reducción de los costos de producción en los procesos de manufacturación y ensamblaje, por medio de la reducción
del peso y la eliminación de otras operaciones tales como las perforaciones con taladro, para el caso de los tornillos, la
eliminación de martilleo, en el caso de los clavos, etc.
Limitaciones en el uso de los adhesivos
Las uniones por medio de adhesivos tienen una serie de limitaciones, entre ellas tenemos:
La necesidad de un diseño especial para la elaboración de las uniones y la limitada resistencia que ofrecen los
adhesivos en condiciones de servicio extremas, sobre todo en el caso del calor. Los adhesivos térmicos y las resinas
epoxicas son capaces de mantener un buen servicio en condiciones de hasta 250ºC, temperatura sobre la cual el material
se desintegrará.
Materiales inorgánicos como los silicatos, pueden actuar como adhesivos en temperaturas cercanas a los
1500ºC, pero no son muy eficaces en condiciones de alta exigencia mecánica y tienen una limitada adherencia a los
metales.
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La perseverancia de servicio de las uniones con los adhesivos en el tiempo es desconocida en condiciones
atmosféricas severas. El calor, la radiación, los agentes químicos y el bio-deterioro pueden causar la destrucción del
adhesivo. La toxicidad e inflamabilidad son propiedades de muchos de los adhesivos solventes y esto contribuye a los
peligros de ensamblado.
Las estructuras que fueron unidas por medio de adhesivos no pueden ser fácilmente desmanteladas para
reparación o para el reciclaje de los materiales. La necesidad de condiciones atmosféricas adecuadas, que permitan el
correcto curado de las uniones.
Tornillos y Remaches
La ventaja en la utilización del tornillo se basa en la optimización de los tiempos de armado, ya que en una sola
operación perfora, rosca y fija lo que uno desee. Otras de las ventajas que posee se basa en su costo, ya que el sistema
no lo hace más caros que los tornillos similares tradicionales.
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS
Los tornillos Auto perforantes están construidos en acero aleados y tratados térmicamente según norma IFI
(SAE) 078-1979.
De acuerdo al tipo de cabeza pueden ser sometidos a un torque máximo de 200 Kg. / cm.
Su dureza superficial altamente resistente a la fricción y corte permite que el filo de la punta sea reutilizado
varias veces. Puede ser presentado en dos versiones: cincado electrolitico y Ruspert.
El cincado Ruspert garantiza un mínimo de 500 hs. en cámara de niebla salina, más 15 (quince) ciclos de lluvia
ácida.
Dentro de las variedades comercializamos un tipo de tornillo para la construcción de cubiertas y techos. Estos
se suministran con arandelas de Neopreno Vulcanizada a una arandela de acero que evita la rotura del Neopreno y por
consiguiente no permite filtraciones.
USOS
Son aptos para múltiples usos industriales y comerciales, en industrias carroceras, cubiertas metálicas,
tinglados, carpinterías, electrodomésticos, etc.
MÉTODO DE UTILIZACIÓN
Se utiliza un atornillador con su correspondiente boquilla magnética de acuerdo al tipo de tornillo a utilizar sea
este de cabeza hexagonal o cabeza tipo phillips.
Tipos de tornillos
Hexagonales ensamblados con arandela de neoprene
12 x 1
14 x 1
14 x 1½
14 x 2
14 x 3
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Cabeza Phillps
cabeza fijadora - pan head - punta mecha
A-2220 8 x ½
A-2240 8 x ¾
A-2280 8 x 1
F-4440 6 x 7/16
Cabeza doble arandela
P. Mecha
J-0777 8 x ½
J-0779 8 x 1
J-0781 8 x ¾
Punta Aguja
J -0778 8 x ½
J -0780 8 x ¾
Hexagonales
8 x ¾
P. Aguja 8 x ¾
10 x ¾
P.Aguja 12 x ¾
12 x 1
14 x 1
14 x 1½
14 x 2
14 x 3
500 horas de niebla salina
15 ciclos de lluvia ácida
14 x 1
14 x 2
Arandelas
Galvanizadas
(neoprene vulcanizada
de fábrica a la
metálica)
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Origen USA/Taiwan
Acero
Inoxidable/Neoprene
(vulcanizadas de
fábrica)
Origen USA
Autoperforantes madera a metal cabeza phillips
8 x ½
12 x 2
Comunes y Autoperforantes
Tornillos para madera cabeza fresada
-Hierro pulido o bronceado
-Bronce pulido o platil
(Todas las medidas)
Tornillos aterrajadores cabeza fijadora hierro zincado
(Todas las medidas)
Tornillos hierro para metal cabeza fresada y redonda
(Todas las medidas)
Tornillos cabeza tanque hierro zincado (Todas las
medidas)
Tirafondos de hierro zincado (Todas las medidas)
Tornillo tipo fix (autoperforantes para madera y
aglomerados) Todas las medidas
Autoperforantes para madera.(Cabeza trompeta)
1C 3,6 X 25,4 mm
3C 3,6 X 32 mm
4C 3,6 X 41 mm
5C 3,6 X 51 mm
6C 3,6 X 57 mm
8C 4,3 X 76 mm
8 4,9 X 38 mm
Autoperforantes sin mecha para metales de hasta 1,2
mm
70
140 4,3 x 12,7 mm
142 4,3 x 19 mm
20 4 x 11,1 mm
Autoperforantes sin mecha para metales de hasta 1,2
mm (Especiales para Durlok)
1E 3,6 x 25,4 mm
4E 3,6 x 41 mm
50 4,9 x 96 mm
Autoperforantes con mecha para metales de hasta 7
mm
23Z 4 x 11,1 mm
36 4,39 x 19 mm
30 4,3 x 12,7 mm
31 4,3 x 19 mm
32 4,3 x 25,4 mm
11Az 3,6 x 29 mm
13Az 3,6 x 41 mm
94 4,9 x 36,5 mm
101 5,4 x 51 mm
Autoperforantes con mecha para metales de hasta 7,5
mm (con arandela de neoprene se pueden usar para
techos)
28 4,9 x 19 mm
29 4,9 x 25,4 mm
70 5,4 x 19 mm
71 5,4 x 25,4 mm
81 6,1 x 25,4 mm
83 6,1 x 38 mm
84 6,1 x 51 mm
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Terminaciones Superficiales
Decapado
La Línea de Decapado asegura desde el primer paso la calidad de la materia prima. Asì utilizando ácido
clorhídrico, se elimina la escama de óxido de fierro que se generó durante el proceso de laminación en caliente, dejando
la superficie completamente limpia y lista para la reducción de su espesor por medio de laminación en frío.
1.Entrada 1a.Desenrollador
1b.Cizalla
2.Decapado 2a.Tanques de Decapado
2b.Enjuague
3.Salida 3a.Aire Secado
3b.Cizalla
3c.Desorilladora
3d.Enrollador
El decapado se trata de un procedimiento químico que trabaja con su solución. El tipo de solución utilizadas
varia según el material al que se le quiere aplicar el tratamiento y al tipo de decapado que se le quiere hacer.
Según fuese la importancia de la oxidación del metal, las dosis en ácido nítrico y floridrico variaran
respectivamente de acuerdo con una tabla de proporciones establecidas. En ciertos casos, se puede sustituir el ácido
fluorhidrico por el ácido clorhídrico. Pero en este ultimo supuesto conviene saber que los baños al ácido clorhídrico
deben ser utilizados con precaución, pues pueden llegar a picar el metal después de un cierto tiempo de aplicación.
Es recomendable que la relación del ácido nítrico al volumen del ácido clorhídrico no sea nunca inferior a diez,
para no arriesgarse a un rápido ataque de metal. Existen varios procedimientos de decapado cáustico a base de baños de
sales, tales como sosa fundida entre 400 y 500 grados. Una de estas técnicas consiste en disolver las sosa en los baños
bajo una atmósfera de hidrogeno.
Por este sistema el metal es sumergido en el baño, templado y posteriormente enjuagado en fases sucesivas por
medio de soluciones de ácido sulfúrico y ácido nítrico.
Granallado
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El granallado es un procedimiento basado en el uso de bolitas de acero de un diámetro comprendido entre 0’8 y
1’2 mm. con las cuales se bombardea la superficie del revestimiento. El impacto de estas microbolitas remueve las
partes superficiales tiernas del conglomerado bituminoso, realzando así la masa inerte y creando una macrorrugosidad.
Contemporáneamente, la masa inerte, siendo limpia en su superficie, al aplicársele golpes de martillo sin quebrarla,
aumenta la microrrugosidad.
Las bolitas se recuperan al rebote y sucesivamente se limpian y se utilizan de nuevo, mientras que el polvo producido se
aspira y se almacena con el fin de evitar efectos contaminantes.
Para llevar a cabo este tratamiento se dispone de dos instalaciones: una máquina granalladora automática en
continuo para piezas planas, piezas oxicortadas, vigas y otros perfiles, y otra que cuenta con una cabina para piezas y
estructuras de grandes dimensiones, adecuada especialmente para tratar aquellas que hayan sido previamente
estabilizadas. Opcionalmente se ofrece un servicio de aplicación de imprimación antioxidante.
Los cuartos de granallado Blasting, se utilizan donde el tratamiento de superficies en piezas de grandes
dimensiones, constituye uno de los procesos de fabricación, reemplazando a las insalubres y precarias instalaciones de
arenado, haciendo a la operación apta para compartir espacios y tiempos productivos con cualquier otro tipo de proceso
industrial.
Esto, asegura no solo el disponer de la operación de granallado dentro de la planta fabril. Sino de poder
integrarlo a una línea de producción. Blasting, para sus cuartos de granallado ha seguido un desarrollo de tipo modular,
ya que de esta forma la selección de los componentes se realiza teniendo en cuenta los requerimientos productivos de
cada industria logrando una instalación acorde a cada necesidad.
Este tipo de equipos, aseguran condiciones optimas de confort y seguridad a los operadores, las cuales mejoran
aún mas al dejar de lado abrasivos tales como la arena silícea y utilizar granallas metálicas que disminuyen la polución
ambiental y por sobre todas las cosas; desterrando al fantasma de la silicosis, enfermedad de trámite irreversible
provocada por la aparición de la sílice libre en el ambiente de trabajo e íntimamente ligada a la utilización de la arena
como abrasivo.
Sustitución del decapado químico por granallado
En este tipo de decapado, los medios decapantes consisten en ácidos (siendo el consumo de HCl mayoritario
seguido de H2SO4 y HNO3 y en menor medida HF), puros o mezclados, disuelto en agua con aditivos. La función del
decapado es la eliminación de los óxidos metálicos, la calamina y partículas metálicas de la superficie del metal base.
Sin embargo, el proceso de limpieza de la superficie de los metales para eliminar la herrumbre a escala
industrial, puede realizarse también mediante el procedimiento de decapado mecánico o granallado. El granallado puede
realizarse siguiendo dos procedimientos básicos:
- El primero es mediante chorreado con aire que, como su propio nombre indica, introduce el abrasivo granulado dentro
de una corriente de aire comprimido a gran velocidad.
- El segundo método es puramente mecánico, por centrifugado, donde el abrasivo simplemente está dotado de gran
velocidad.
La diferencia fundamental entre los dos sistemas es que el primero tiene un efecto mucho más concentrado
sobre áreas relativamente pequeñas, mientras que el método de centrifugado cubre áreas mayores pero con menor
intensidad.
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Las ventajas del decapado mecánico frente al decapado químico estriban fundamentalmente en la no utilización
de productos químicos y consiguiente no generación de RTPs puesto que, como ya se ha mencionado, el granallado
consiste únicamente en el chorreado a centrifugado con granalla de las piezas a tratar y posterior separación de finos y
cascarilla de la granalla reutilizable mediante un ciclón.
Señala las ventajas e inconvenientes de ambos procesos.
Ventajas Inconvenientes
Decapado químico Buen acabado superficial
(liso y uniforme).
Buen ataque del ácido de
forma prácticamente
independiente de la forma
de la pieza a decapar.
Manejo de productos tóxicos.
Formación de vapores corrosivos
que repercuten en el ambiente de
trabajo.
Necesidad de tratar los efluentes
previamente a su vertido.
Necesidad de gestionar
adecuadamente un elevado
volumen de residuos (baños
agotados).
Decapado mecánico
(granallado) No requiere la utilización
de productos químicos
tóxicos.
El volumen y toxicidad de
los residuos generados es
mínimo.
Ambiente de trabajo mejor
y más limpio.
Instalaciones más complejas
(requiere un diseño específico
según el tipo de piezas a tratar).
Peor acceso de la granalla en las
concavidades de las piezas.
Necesidad de realizar un
mantenimiento adecuado de las
boquillas.
El cambio de proceso, además de reducir el impacto ambiental derivado del uso y gestión de los ácidos
decapantes, también reduce los costes de operación. Esta reducción de costes supone, además de un aumento de la
productividad del proceso, una reducción del impacto ambiental relacionado con la energía puesta en juego en todo el
proceso.
Arenado
La preparación consiste en limpiar la superficie a pintar con el objeto de eliminar el óxido o chapa de
laminación existente. Además, dicha limpieza debe proveer cierto anclaje a la pintura, por lo tanto debe dejar la
superficie con un grado de rugosidad.
Entre los métodos más conocidos para llevar a cabo la preparación de superficies destacamos los siguientes:
a.- Arenado y granallado.
b.- Limpieza motriz.
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c.- Limpieza manual.
d.- Decapado.
La preparación de superficie, previa al pintado es importante para el rendimiento de la protección aplicada. En
superficies nuevas , es fácil el sistema a emplear, pero en instalaciones usadas hay diferentes opciones que depende del
grado de contaminación, del tipo de pintura que tiene aplicada y de las condiciones de temperatura y humedad.
Proceso
El arenado consiste en la eliminación por medio del impacto de arena a alta velocidad contra la superficie que
se desea tratar. Éste puede ser usado para la eliminación de óxidos, de pinturas en mal estado o cualquier tipo de
corrosión que se quiera eliminar. Generalmente se utiliza en equipos de transporte, como acoplados, jaulas o tanques.
También se utiliza en frentes de edificios o piletas.
Dicho proceso se realiza con la ayuda de un compresor que genera una presión de aire adecuada (100 a 110
p.s.i.) capaz de llevar a gran velocidad el elemento abrasivo (arena o granalla) de tal forma que el impacto elimine
totalmente los restos de óxido o chapa de laminación presentes en la superficie.
La operación de arenación tiene lugar gracias al siguiente principio físico: se traslada al abrasivo empleando
energía cinética que se obtiene del aire comprimido usado. Mayor es la energía de cada pequeño grano, mayor será el
trabajo que realizan.
En base a este concepto fundamental, consideramos que está justificado el considerable empleo de tiempo y materiales
utilizados en la investigación, realización y desarrollo del dispositivo de mezcla aire-arena de este desplazamiento de
energía.
Ventajas de la limpieza por chorro de arena:
Se aplica "Shot peening", la limpieza por chorro de arena, para obtener mejores resultados durante el ensayo de
flexión rotativa.
El soplado con chorro de arena elimina óxidos de la superficie, que de no quitarlos, causarían una entalladura.
El soplado con chorro de arena elimina las irregularidades de la superficie.
La superficie de la pieza tiene un aspecto más regular y uniforme.
Desventajas de la limpieza por chorro de arena:
Ensuciamiento y formación de polvo.
Un alto desgaste en la instalación por la limpieza por chorro de arena.
Blasting
Realizan Tareas Como: Limpieza y remoción, Terminaciones decorativas, Grabados - Texturados, Shot peening.
Sobre todo tipo de Superficies:
Acero, Acero Inoxidable, Aluminio, Plástico, Acrílico, Bronce, etc.
Sin contaminar el ambiente de trabajo, pudiendo compartir espacios productivos con cualquier otro proceso industrial.
Sistema de presión:
Las cabinas con sistema de presión se utilizan donde se necesita un fuerte impacto ya sea para una limpieza
profunda, alcanzar una alta rugosidad u obtener altas intensidades de “shot peening”.
Características
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El equipo combina la tecnología del sistema de separación de polvos, recuperación del abrasivo y filtrado por
cartucho en un recinto estanco, de la cabina C 9075; con la potencia de un sistema de proyección por presión, utilizando
en un tanque código ASME y un circuito de control con mando por pedalera neumática.
En muchos países, ya es obligatoria la utilización del control a distancia en estos equipos. Ello se debe a que no
solo aumenta la productividad, con sensible reducción de los “tiempos muertos”, sino a que también mejora
ampliamente la seguridad del operador.
Anodizado
El anodizado es un proceso de oxidación basado en la electrólisis que se desarrolla en el material de
aluminio. El resultado de esta reacción electroquímica es la formación de una fina película transparente de oxido de
aluminio llamada alúmina. El proceso de anodizado permite formar capas en las que el espesor puede, a voluntad, ser
de algunas micras a 25/30 micras en los tratamientos de decoración o protección. El espesor de esta capa varia,
dependiendo básicamente, del tipo de aleación de aluminio, de la intensidad de la corriente y del tiempo de inmersión.
La capa de aluminio se desarrolla mediante la inmersión del aluminio en un baño de ácido sulfúrico, y pasando
una corriente de aprox. 6000 Amperios a 20 Voltios entre el aluminio (el ánodo) y el cátodo. La capa producida forma
parte integrante del aluminio, no siendo una capa aplicada. Esta capa endurece la superficie, la hace más resistente a la
abrasión y mejora la resistencia del metal a la corrosión; la capa anódica aísla más la superficie del aluminio El óxido de
aluminio es duro, estable y resistente a los agentes corrosivos del medio ambiente, de ahí su condición de protector del
metal base.
La capa crece desde el aluminio debido al proceso electroquímico o sea que está integrada al metal, por lo que
no puede ser escamada o pelada.
Como la estructura cristalina de la capa está formada por muchos poros hexagonales muy pequeños, la podemos
colorear utilizando el proceso de electrocoloración, que consiste en depositar iones metálicos dentro de los mismos. Se
obtienen distintas tonalidades según el metal utilizado y la cantidad depositada dentro de los poros, dado que estos
factores influyen sobre la difracción de la luz a través de la capa de aluminio anodizado. Finalmente los poros se sellan
llenándose de hidróxido de aluminio inerte, al hidrolizarse la alúmina
CCaarraacctteerrííssttiiccaass qquuee aaddqquuiieerreenn llaass ppiieezzaass aannooddiizzaaddaass
A - DECORACION: El anodizado permite la realización de acabados decorativos, especialmente en color por sistema electrolítico.
El carácter metálico de las piezas no se oculta y se conserva gracias a la transparencia de la capa.
B – PROTECCION
Contra la exposición a atmósferas agresivas o intemperie, que pueda deteriorar su aspecto inicial.
C – TECNICOS
Para obtención de superficies duras, autolubricadas, aislantes, absorbentes, de reflexión constante, etc.
D - PROPIEDADES FISICAS
El anodizado proporciona: Mayor Dureza Superficial Mayor Resistencia a la abrasión y al desgaste Mayor Aislamiento
Eléctrico Mayor Resistencia a los Agentes Químicos y Atmosféricos
E - PROPIEDADES QUIMICAS
Son las de la alúmina cristalina. Las capas tienen un gran valor protector en los medios en que el índice de acidez esta
comprendido entre ph 4 y ph 8. La inercia química de la capa es mayor en medio acido que en medio alcalino. La
alúmina es traslúcida y no tóxica. Pueden presentarse ligeras diferencias de tono con ciertas aleaciones de aluminio.
F – ECONOMICAS
Costo de mantenimiento cero.
G- PERDIDAS
Elasticidad y maleabilidad haciéndose más rígidas,
La capacidad de conducir la electricidad, puesto que el anodizado es aislante.
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SSuubbpprroocceessooss qquuee ccoonnffoorrmmaann eell aannooddiizzaaddoo::
PREPARACIÓN
Se realiza un pulido de la superficie de la pieza para poder lograr uniformidad en el proceso. Aquí es donde se
emparejan niveles de rugosidades y se libera de imperfecciones físicas a la superficie.
MANIPULADO
Colocación de las piezas en los útiles para su izado e inmersión. Aquí es donde se coloca la pieza en seudo pinzas o
puntos de anclajes para poder manipularla en el proceso de inmersión.
DESENGRASE
Consiste en la limpieza de posibles impurezas depositadas en la superficie de los perfiles. Estas impurezas provienen
del proceso de extrusión o de los tratamientos mecánicos. El tratamiento se efectúa con sustancias de naturaleza
alcalina. Estas solución compuestas por agentes humectantes, emulsionantes, solubilizantes, saponificantes y
secuestrantes. Utilizando una concentración entre 50-60 g L-1, a una temperatura entre 60-70ºC y con un tiempo de
inmersión de 3-5 minutos.
SATINADO o PULIDO QUÍMICO (Mate o Brillante )
Es un fuerte ataque químico al entrar en contacto con soluciones fuertemente ácidas o alcalinas. De estos medios
matizantes, el más usado es el alcalino, utilizando como constituyente básico el hidróxido de sodio en una
concentración del 5-10%, a una temperatura entre 50-60ºC y con un tiempo de inmersión de 5-10 minutos. Además del
constituyente básico, se precisa la utilización de un aditivo comercial que cumpla funciones de modificador de la tasa de
ataque, inhibidor de formación de depósitos duros y con propiedades detergentes en la solución.
ACLARADOS
El material se aclara con tres baños de agua desmineralizada, con el objeto de no aportar ningún elemento extraño al
proceso. Ayudados de serpentines de aire a presión, conseguimos una limpieza absoluta.
NEUTRALIZADO
A consecuencia de la capa delgada de partículas intermetálicas y de óxidos que permanecen en la superficie del
aluminio al salir del baño alcalino, se hace indispensable un tratamiento posterior de remoción de dicha película
uniforme. Esta operación es denominada normalmente como de Neutralizado y se puede llevar a cabo en general en
soluciones que contengan ácido nítrico o fluorhídrico, o mezcla de ellos dependiendo de la aleación. En la mayoría de
los casos, especialmente con aleaciones como la ANSI 6063, es suficiente con la inmersión durante pocos segundos en
una solución que contenga entre 20-30% de ácido nítrico a temperatura ambiente.
ANODIZADO
Habiendo superado el material de aluminio las etapas hasta ahora enunciadas, se encuentra física y químicamente listo
para ser sometido a la conversión de su superficie, por la formación de una capa de óxido anódica. Esta capa es
resultado del tratamiento anódico del aluminio en un electrolito adecuado, en la mayoría de los casos ácido sulfúrico
entre el 15-20%, cuando una corriente directa a suficiente voltaje circula a través de la celda electrolítica que se
establece al utilizar como cátodos, aluminio, generalmente del mismo tipo de aleación del material a anodizar. El flujo
de corriente adecuado para la obtención de la capa anódica corresponde a una densidad entre 1.0 y 1.5 A dm-2, que
requiere aproximadamente un voltaje de fuente entre 13 y 17 voltios.
COLOREADO
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Aprovechando la creación de poros en la superficie del de aluminio, en el proceso de anodizado, se puede conseguir la
coloración deseada por medio de sales de estaño. Se usan tintas para colorear la película anódica. El proceso anódico
produce una película porosa la cual cuando esta fresca absorbe los tintes. El anodizado se lleva acabo usando el proceso
de ácido sulfúrico. Después de que el anodizado se termina las piezas de trabajo se enjuagan con agua fría y se colocan
en una solución de tinta. Después del entintado, las piezas de trabajo se vuelve a enjuagar en agua fría seguido por una
inmersión en agua casi hirviendo. El calor sella la película anódica y la superficie permanecerá coloreada.
SELLADO
La capa anódica del aluminio anodizado debe ser sometida a un tratamiento final de eliminación de su propiedad
absorbente, que garantice la estabilidad química de la capa frente a ciertos medios, al igual que la estabilidad del color
frente a la luz. Esta etapa final es la operación de colmatado, mediante la cual ya sea por absorción, reacción química u
otro mecanismo, se aumenta la resistencia a la mancha y a la corrosión de dicha capa.
Actualmente a nivel mundial, el método más utilizado es el colmatado a temperatura ambiente por sus enormes ventajas
en costos y calidad del colmatado. Sin embargo, para la caracterización de esta etapa se hace referencia al método
convencional de colmatado hidrotermal. Los parámetros de funcionamiento para este método de colmatado comprenden
la utilización de una solución a base de agua desionizada o desmineralizada a una temperatura de trabajo entre 96-
100ºC, en la cual se sumerge el material a sellar durante un tiempo aproximado de 2-3 minutos por micra de capa
anódica. Además del agua ya especificada, el colmatado por este método precisa el uso de un aditivo especial que evite
o minimice la aparición de ciertos problemas asociados a la reacción del óxido de aluminio con el agua, a esta
temperatura.
TRATAMIENTOS MECÁNICOS, PARA CONSEGUIR DIFERENTES ACABADOS SUPERFICIALES
Pulido: Con este proceso conseguimos que el perfil adquiera altas cotas de brillo, y a la vez, eliminamos impurezas de
la superficie.
Lijado: Este proceso consiste en aplicar un acabado rayado, a base de lija. Después, podemos pulir o no, dotándolo de
un aspecto muy decorativo.
Gratado: Proceso similar al del lijado, pero menos pronunciado. Es posiblemente, el tratamiento más extendido.
Repulido: Consiste en volver a pulir la superficie del perfil, que ha sido anodizada. Con este proceso, se consigue un
acabado con mucho más brillo.
SECADO
Las piezas se han de manipular y embalar perfectamente secas. Esta operación se puede realizar por mera aplicación de
aire previamente calentado o exposición al temperaturas ambiente por lapsos de tiempo.
Recomendaciones generales
- La capa anódica debe estar perfectamente sellada, pues una capa mal sellada tiene una muy mala resistencia a la
corrosión.
- La ventaja del anodizado de un adecuado espesor es su gran durabilidad y gran vida útil. Su mejor propiedad es
justamente la resistencia química, pero aun así las superficies anodizadas, lo mismo que otros componentes de un
edificio, deberán ser protegidas de los ataques ácidos y alcalinos durante la construcción.- Después de muchos años de
uso las superficies anodizadas pueden acumular suciedad y manchas provocadas por el medio ambiente, las mismas
pueden ser removidas con detergentes neutros combinados con algo abrasivo. Si bien se puede perder algo de capa,
quedará una superficie renovada similar al original.
Controles:
Proceso de control realizado según normas IRAM 60904-3/96 para espesor de capa anódica y norma IRAM 60909/76
para calidad de sellado con constatación de colores según patrones internos.
ALUMINIO PURO
DURO DECORATIVO PROTECCION
ANODIZADO ALEACION
ALEACIONES MAS COMUNES Y SU COMPORTAMIENTO
ANTE EL ANODIZADO
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Pintura en polvo
La pintura en polvo es un producto termoendurecible que al aplicarse sobre una superficie por procesos
electrostáticos y secarse mediante algún tipo de procedimiento de curado, consigue una película que protege de agentes
externos a dicha superficie.
Composición de las pinturas
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Las pinturas en polvo están compuestas por resinas, pigmentos, cargas.
La resina es el componente que identifica el tipo y calidad de la pintura.
Los pigmentos son productos que proporcionan el color y la opacidad de la película de pintura. La pigmentación
depende de la función final de la película; en fondos será importante la resistencia a la corrosión y, en acabados, el
efecto decorativo y la resistencia a la intemperie.
Las cargas son las responsables de la mezcla homogénea de los diferentes componentes de la pintura.
Los aditivos se utilizan para mejorar determinadas propiedades puntuales del polvo. Unos se utilizan para mejorar
la aplicación y otros para mejorar la estabilidad y la vida de las pinturas, etc.
Fabricación de las pinturas
Los pasos a seguir para la fabricación de estas pinturas son:
1- Pesar las materias primas.
2- Agitar las mezcla de las diferentes materias primas con objeto de distribuirlas de forma homogénea.
3- Introducir la mezcla anterior en la extrusora, máquina que se encarga de calentar (95-140º) los ingredientes y
fusionarlos en una pasta homogénea.
4- Enfriamiento y solidificación de la pasta, y posterior laminación de ésta en films de 1 a 4 mm de espesor.
5- Trocear el film en pequeñas escamas.
6- Trituración de las escamas y transformación de éstas en un polvo fino.
7- A través de una serie de filtros en la manga y en el envasado, se escoge la pintura con el grado de molienda
adecuado.
Elección del tipo de pintura
La elección del tipo de resina va a condicionar una serie de propiedades, tales como la flexibilidad,
cubrimiento de cantos, estabilidad de colores, resistencia química, mecánica y a la intemperie, etc.
Por lo tanto, dependiendo del tipo de resina utilizada en la composición, obtendremos distintos tipos de pintura en
polvo, con diferentes características y utilidades.
Algunas de ellas son:
Pintura epoxi: es idónea para pintar elementos que se encuentran en interiores, así como piezas que estén en
contacto con agentes químicos (piezas de automoción, piezas metálicas, etc. ) debido a su gran resistencia al ataque
de agentes químicos externos.
Pintura epoxi-poliéster: es un híbrido entre el epoxi y el poliéster lo que hace que se utilice tanto para la aplicación
en superficies que están en contacto con la intemperie, como en piezas que están en interior o en contacto con
agentes químicos. La resistencia de esta pintura en ambas situaciones es inmejorable debido a sus buenas
características mecánicas y a la dureza de la película que forma.
Pintura poliéster: el agente de reticulación de estas resinas es muy estable a la luz y los rayos UVA, teniendo
además una buena resistencia a la corrosión y una estabilidad de color. Se la utiliza en superficies que estén en
contacto con la intemperie.
Pre-tratamiento de las superficies
En el proceso de aplicación debemos tener en cuenta tanto la naturaleza como el estado de la superficie a
pintar. La preparación será distinta según la composición de la pieza, pero existen una serie de normas generales:
1- La superficie a pintar debe estar limpia, desengrasada y exenta de óxido. Una buena limpieza asegura una perfecta
adherencia.
2- También debe tratarse teniendo en cuenta el metal en el que está compuesto, para preparar o transformar la pieza.
La pieza se introducirá en el sistema de tratamiento de la planta (túnel de pretratamiento, cubas, góndola) en el cual
se someterán al tratamiento necesario para dejar dicha pieza preparada para la posterior aplicación de la pintura en
polvo.
Los tratamientos más utilizados son:
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Alcalino.
Tricloroetileno.
Fosfatado amorfo de hierro.
Fosfatado microcristalino de zinc.
Cromatado.
Decapado.
Fosfato microcristalino de Zn + Ca.
El cromatado es un tratamiento ideal para el aluminio y sus aleaciones. Consigue el máximo de resistencia
mecánica y química. Aplicar una capa de entre 5 y 7 mm.
Control del tamaño de la partícula
En los recubrimientos en polvo es muy importante controlar el tamaño de la partícula y su uniformidad para
tener una excelente apariencia final.
Las partículas de tamaños finos, son más difíciles de cargar y más susceptibles de irse al sistema de recuperación,
afectando la calidad del producto. Las de alto contenido de partículas gruesas, pueden ocasionar acabados "cáscara de
naranja".
Aplicación de las pinturas
Una vez preparada la pieza, se la pasará a la cabina de proyección donde se aplicará la capa de pintura en polvo
de forma automática, semiautomática y/o manual, dependiendo de la forma de la pieza. La misma se cuelga de unos
ganchos con carga negativa, donde se lanzará sobre ella la pintura con carga positiva, haciendo que ésta se deposite y se
adhiera sobre la superficie.
Los sistemas de proyección más utilizados son:
Proyección con Pistola Corona.
Proyección con Pistola Triboeléctrica.
Lecho fluidificado.
Las cabinas de proyección deben tener:
Un ciclón para recuperar el polvo no depositado en la pieza.
Disponer de una extracción de aire a baja velocidad detrás de la pieza y una ranura de aspiración a gran velocidad en la
parte frontal, con objeto de que el volumen de aire de la cabina no haga saltar el polvo de las piezas.
A continuación se introducirá la pieza en el horno, donde permanecerá el tiempo necesario a la temperatura
adecuada para que la pintura en polvo pase a un estado de fusión (curado), para que las partículas se fijen en la pieza
(reticulación) y por último, se cueza y pase a un estado sólido (polimerización).
Sistema de aplicación electrostática
El alto voltaje genera en el electrodo un fuerte campo eléctrico entre la pistola y la pieza. Estas fuerzas actúan
sobre las partículas cargadas y generan el flujo de pintura hacia la pieza a recubrir.
Esta es una técnica que ha venido ganando presencia dentro de los métodos para los procesos industriales de
recubrimiento de piezas. Objetos metálicos como neveras, lavadoras, muebles de oficina y de jardín, aires
acondicionados, motos, bicicletas y accesorios para la industria automotriz.
Compatibilidad de las pinturas en polvo
La incompatibilidad entre las pinturas en polvo se presenta cuando se combinan pinturas de diversos colores,
diferente composición química o de varios fabricantes, obteniendo problemas en la pintura, como cambios en el brillo,
apariencia superficial, propiedades físicas o contaminación del color.
Ventajas de las pinturas en polvo
Las principales ventajas de la utilización de las pinturas en polvo son:
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No contamina el medio ambiente.
Gran rendimiento, ya que el polvo que no se deposita sobre la pieza puede ser recuperado y reutilizado.
Tiene adherencia sobre cualquier tipo de material que pueda soportar temperaturas superiores a los 140-150ºC.
Buena resistencia al impacto y a los roces, además no necesita mano de obra especializada para su aplicación.
En una sola mano se pueden conseguir espesores de 30 a 120 micras. Precalentando la pieza puede alcanzar un
espesor de 500 micras.
Mayor seguridad al tratarse de productos sin disolventes y no inflamables a temperaturas normales.
Pintado de latas (can coating)
Se entiende por pintura can coating el recubrimiento de envases de chapa, botes, latas y tubos o bien de las
piezas de chapa cortadas para su fabricación. Los materiales de sustrato que se toman en consideración son el acero
(chapa negra), el acero galvanizado (chapa blanca) y el TFS (acero sin estaño) así como el aluminio. Para recubrir estos
sustratos se utiliza con preferencia pinturas de un componente de secado al horno.
La aplicación se realiza con rodillos. Según el ámbito de uso se distinguen las de base pigmentadas
(troquelables) y barnices (plateados) para el exterior y pinturas especiales de protección para el interior. Aparte de
buena estabilidad al amarilleo, las pinturas exteriores deben poseer buena flexibilidad (idoneidad para el troquelado) y
buena resistencia química (a la esterilización).
La principal característica que deben tener las pinturas para interior es resistencia química y poseer una gran
elasticidad. Para el pintado de latas, Bayer suministra un surtido de materias primas que permiten formular pinturas de
un componente de secado al horno, que cumplen perfectamente las exigencias de calidad planteadas.
Para las pinturas exteriores se recomiendan pinturas de base y barnices de poliuretano mientras que para
pinturas interiores se recomiendan sistemas de poliamida.
