Procesos de Maquinado y Produccion de Acero

Xavier Saluea BernaAmelia Npoles Alberro

Tecnologa mecnica

EDICIONS UPC

Primera edicin: octubre de 2000

Con la colaboracin del Centre de Recursos de Suport a la Docncia

Los autores, 2000

Edicions UPC, 2000 Edicions de la Universitat Politcnica de Catalunya, SL Jordi Girona Salgado 31, 08034 Barcelona Tel.: 934 016 883 Fax: 934 015 885 Edicions Virtuals: www.edicionsupc.es e-mail: [email protected]

Produccin: CPDA Av. Diagonal 647, ETSEIB, 08028 Barcelona

Depsito legal: B-34139-2000ISBN: 84-8301-449-1

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ndice

MDULO 1. INTRODUCCIN ........................................................................................................ 51. Introduccin a la tecnologa mecnica ........................................................................................ 72. Los materiales utilizados en la industria ...................................................................................... 73. Obtencin de los metales ............................................................................................................ 84. Metales frricos............................................................................................................................ 95. Procedimientos tecnolgicos para obtener piezas en bruto y acabadas .................................... 126. Fabricacin flexible y tcnicas avanzadas................................................................................... 19

Bibliografa ....................................................................................................................................... 20

MDULO 2. TRATAMIENTOS TRMICOS. CONFORMADO DE CHAPA EN FRO................... 21TRATAMIENTOS TRMICOS.................................................................................................................. 231. Introduccin ................................................................................................................................. 232. Tratamientos trmicos y termoqumicos ms importantes .......................................................... 273. Tratamientos trmicos superficiales ............................................................................................ 314. Tratamientos superficiales por capa de sustrato......................................................................... 315. Tratamientos anticorrosin .......................................................................................................... 31

DEFORMACIN METLICA EN FRO ....................................................................................................... 331.Introduccin................................................................................................................................... 332. Materiales utilizados .................................................................................................................... 333. Operaciones principales .............................................................................................................. 344. Evolucin tecnolgica en el conformado de chapa ..................................................................... 68

Bibliografa ....................................................................................................................................... 70

MDULO 3. MOLDEO DE PIEZAS METLICAS .......................................................................... 71FUNDICIN Y MOLDEO......................................................................................................................... 731. Introduccin al moldeo................................................................................................................. 732. Moldes desechables .................................................................................................................... 793. Moldeo con arena ........................................................................................................................ 814. Mtodos de moldeo con moldes de arena................................................................................... 855. Moldes permanentes ...................................................................................................................1136. Hornos..........................................................................................................................................122

Bibliografa .......................................................................................................................................123

MDULO 4. CONFORMADO POR FORJADO EN CALIENTE.....................................................1251. Introduccin .................................................................................................................................1272. Comportamiento elstico-plstico de las piezas metlicas .........................................................1283. Proceso de forja o estampacin en caliente................................................................................1304. Maquinarias utilizadas para la forja .............................................................................................1355. Volmenes de deslizamiento y de friccin...................................................................................1386. Forjado con estampas .................................................................................................................142

Problemas resueltos ........................................................................................................................143Bibliografa .......................................................................................................................................155

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TECNOLOGA MECNICA

MDULO 5. MECANIZADO POR ARRANQUE DE VIRUTA ........................................................1571. Introduccin .................................................................................................................................1592. Materiales mecanizables .............................................................................................................1593. Procedimientos empleados en el arranque de material ..............................................................1614. Proceso de arranque de material por medio de cuchillas ...........................................................1645. Proceso de torneado....................................................................................................................1756. Operaciones en torneado segn la cantidad de material arrancado por etapa ..........................1777. Clculo de movimientos en torneado ..........................................................................................1778. Tiempo total del proceso..............................................................................................................1839. Nmero de filos por herramienta .................................................................................................18410. Costos del proceso ....................................................................................................................18511. Fuerza de corte..........................................................................................................................18712. Potencia de corte .......................................................................................................................18913. Taladrado...................................................................................................................................19714. Clculo de movimientos en taladrado........................................................................................20115. Tiempos del proceso..................................................................................................................20516. Costos del proceso ....................................................................................................................20717. Mquinas de taladrado ..............................................................................................................20918. Taladrado de agujeros profundos..............................................................................................21019. Automatizacin de las mquinas herramientas .........................................................................218

Bibliografa .......................................................................................................................................227

p5555Mdulo 1. Introduccin

Mdulo 1. Introduccin

Xavier Saluea Berna

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TECNOLOGA MECNICA

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La tecnologa mecnica se puede definir como la ciencia encargada del estudio de la transformacinde los materiales metlicos para la obtencin de piezas o artculos de consumo. Como asignatura defabricacin es de vital importancia para el ingeniero de organizacin. Antiguamente la fabricacin eraconsiderada como un ente de la empresa desvinculada de la concepcin y diseo del producto y queera la encargada de ejecutar unas ideas ya preconcebidas. Esto fomentaba un incremento deltiempo de ingeniera por necesidad de rediseos, por no poderse fabricar la pieza o por encarecer elproducto en la fabricacin. La filosofa actual no puede concebir el diseo del producto sin pensar enla fabricacin. Si el diseo no es adecuado, la fabricacin puede ser costosa y eso supone que elproducto no ser competitivo.

Actualmente debido a la competencia y a la guerra de precios, la variabilidad del producto, elaumento de la calidad del producto y la disminucin de los tiempos de entrega se aplica un conceptodenominado ingeniera concurrente en el cual todos los departamentos implicados en un producto(Diseo, compras, ventas, fabricacin...) deben intervenir en su concepcin de manera paralela. Elingeniero de organizacin como elemento de ligazn de estos departamentos debe conocer comoingeniero cada parte de este todo y por tanto los mtodos de fabricacin.

Por otro lado se vincular an ms en la fabricacin cuando se le exija una disminucin del tiempo deelaboracin, un aumento de la calidad, una reduccin de los elementos almacenados, una flexibilidad,una reduccin de los costos, una redistribucin de los puestos de trabajo, una disminucin de los re-corridos de las piezas, una organizacin del mantenimiento de la planta, un entorno mediambien-talmente sostenible y sin riesgos para los trabajadores...

Debido a que en la actualidad los metales siguen siendo los materiales ms utilizados en la fabri-cacin esta asignatura es clave para obtener la base del conocimiento de los actuales mtodos desu fabricacin.

La asignatura parte de una introduccin donde se plantean que metales se utilizan ms en laindustria, la mayora de los procesos ms utilizados de elaboracin de piezas metlicas existentes,nuevas tcnicas de organizacin de la produccin... A continuacin se detalla la fabricacin depiezas por deformacin tanto en caliente como en fro, por fusin y colada y finalmente por arranquede viruta. Se trata tambin en la asignatura los tipos de tratamientos trmicos y anti-corrosin a quese someten las piezas. Con ello se obtendr una visin generalizada de la tecnologa mecnica, yaque su estudio completo comprendera toda una carrera.

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Si realizsemos un balance sobre los materiales ms utilizados en la industria comprobaramosque son los metales y aleaciones, los plsticos, las cermicas, los elastmeros y los materialescompuestos. Dentro de estos y si nos basamos en una tabla que valora a los dos primeros grupos,deduciremos que no materiales frricos continan siendo los ms utilizados a nivel mundial.Observaremos adems que la manipulacin del resto de materiales metlicos tambin es im-portante, por lo que el ingeniero debe enfatizar el estudio de la obtencin y fabricacin de laspiezas metlicas.

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TECNOLOGA MECNICA

Material Produccinmundial.(Tn *106)

Densidad(kg/m3)

Volumen producidomundial.(m3 * 106)

Coste relativo

Acero y fundicin 768 7900 97 1

Aluminio 18 2700 6,7 3

Cobre 11 8900 1,2 5

Cinc 7 7100 1 4

Plomo 5 11300 0,41 3

Nquel 0,7 8900 0,08 10

Magnesio 0,4 1700 0,23 8

Tin 0,3 5800 0,05 20

Titanio 0,1 4500 0,02 26

Polmeros 85 900-2200 56 (Depende tipo)

En este mdulo de introduccin comentaremos cmo se obtienen algunos de estos metales, laclasificacin de los aceros segn la IHA y las normas UNE, y en que formatos llegarn estos metalesa nuestro taller procedentes de las metalurgias.

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Los metales se suelen obtener a partir de minerales extrados de minas subterrneas si el mineral seencuentra en vetas o a cielo abierto si se presentan en grandes depsitos.

Metal Minerales

Hierro Magnetita, hematita, limonita, goetita, siderita, taconitaAluminio BauxitaCobre Calcopirita, calcocita, cuprita, azurita, bornita, malaquita, cobre nativo.Zinc Franklinita, willemita, cincitaPlomo GalenaNquel Niconita, pentlandita, garnieritaMagnesio Agua de mar (no mineral)Titanio Anatasa, Brookita y Rutilo

No explicaremos en este curso los mtodos de obtencin de cada uno de los metales, ya que no esninguno de nuestros objetivos. Como ejemplo comentaremos de manera sintetizada la obtencin delos metales frricos.

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Se obtienen fundiendo los minerales junto con carbn en los altos hornos. A veces tambin puedeobtenerse por reduccin directa pero es menos comn.

El hierro no existe en estado puro sino en minerales denominados mena. De las minas de hierroextraemos la ganga que consta de la mena y de tierra, barro y rocas. El contenido de hierro en lasmenas es de 40% en carbonatos y de 60% en xidos.

Es por eso que nos interesa trabajar conxidos por lo que en caso de tener minerales de sulfuros o carbonatos primero los transformaremosen xidos.

(+,,,-.,

1. Lavado, cribado y sinterizado

Separamos parte de la ganga (tierra y barro) y trituramos el resto.

2. Alto horno

Reduccin del hierro mediante carbn de coque (carbn con afinidad por oxgeno) y extraccin totalde la ganga con un fundente (cal, bsica, si la ganga es cida y slice, cido, si la ganga es bsica)obteniendo el arrabio y la escoria. Separacin por diferencia de densidades de la escoria del arrabio.El resultado es el arrabio que es hierro con un 2,5 a 5 % de carbono, 1 a 3% de silicio y azufre,fsforo, manganeso...

3. Afino del arrabio

Quemamos el Azufre y el fsforo y afinamos el tanto por ciento de carbono al material.

Entran Salen

Mineral...........2t Arrabio...............1tCoque............1t Escorias...........0,5 tFundente......0,5 t Gases................6 tAire................4 t

Las escorias se utilizan como abonos, aislantes trmicos...

Dependiendo del tanto por ciento de carbono del metal frrico obtendremos hierro, acero o fundicin.Se considera como hierro el metal frrico con 0,05 a 0,08 % de C ; aceros con 0,08 a 1,8 % de C yfundicin con 2,5 a 5 % de C. Debido a que el arrabio contiene impurezas y un alto contenido decarbono debemos afinarlo.

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TECNOLOGA MECNICA

Afino del arrabio

Esquema:

Arrabio CUCHARA Afino del Acero Convertidor(Sin solidificar)

H. elctrico

Afino del Acero(A. solidificado H. Martn-Siemensms chatarra)

SURCOS Afino de fundicin(A. Solidificado) Cubilote

(%/

Afino en convertidor o horno bsico de oxgenoConsiste en quemar por medio de oxgeno tanto las impurezas (fsforo,azufre...) como el exceso decarbono del arrabio lquido.

Los problemas de estos convertidores es que producen xido de hierro y nitrgeno por lo que losaceros obtenidos son de calidad media aptos para elaborar tubos, chapas, perfiles laminados,alambre.

Afino en horno Martin-Siemens o de hogar abiertoSon hornos de gas que funden en su interior a 1800C lingotes de arrabio solidificado y chatarra. Alalcanzar dicha temperatura se destruyen todas las impurezas y se consiguen aceros de calidadaptos para fabricar piezas de maquinaria.

Afino en horno elctricoTransforman la energa elctrica en calor por lo que alcanzan temperaturas superiores a losanteriores. Al no generarse llama slo se queman las impurezas y no el metal. Los aceros son dealta calidad o aleados. Los dos tipos de hornos elctricos son: De arco y de induccin. Una vezafinado el acero se recoge en cuchara y vierte en lingoteras obteniendo lingotes de acero que trascalentarse en pozos de inmersin se forjarn o laminarn para obtener piezas comerciales.

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CubiloteEl cubilote es un horno cilndrico en el cual se introducen capas alternadas de arrabio y de carbn decoque (tras encender con maderas) hasta sobrepasar la altura de las toberas. Una vezincandescente se aade el fundente y se inyecta aire por las toberas. El metal fundido cae en uncrisol y cuando est lleno se abre la piquera y se recoge el metal en cucharas de colada paradespus verter en los moldes de fundicin.

La diferencia entre los aceros y la fundicin en cuanto a propiedades se refiere:

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Aceros Fundicin

Dureza media Gran dureza (F blanca), dureza media (F gris)Resilencia Baja resilenciaSoldabilidad No soldablesForjables No forjablesDctiles y maleables No dctiles ni maleablesResistencia No resistenciaOxidan Resistencia a corrosinNo colabilidad Colabilidad

((0

/1,1,,

Una vez obtenidos los lingotes de acero y cuando an estn incandescentes se depositan en unosrodillos que llevan al lingote hacia unos cilindros donde se obliga a pasar el material entre ellosreduciendo su espesor y adoptando formas determinadas.

Es lo que se denomina laminacin en caliente.

Formas comerciales de aceros ms comunes

Nombre Ancho (mm) Espesor (mm)Plano ancho 200 a 600 4 a 10Llanta (12) 10 a 200 10 a 120Pletina (13) 10 a 200 4 a 10Fleje (14) inf a 200 inf a 4Chapa sup a 600 >6 gruesa

3-6 media

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TECNOLOGA MECNICA

(2,/1,1,

Tubos

- Sin soldadura- Con soldadura

AlambresSe obtienen por trefilado que consiste en hacer pasar a material por una hilera arrastrado porbobinas.

Laminacin en froOtro tipo de mtodo para obtener perfiles es mediante laminacin pero con el material no en estadoplstico. El material obtenido es ms duro y de ms resistencia.

(3)1,1,1,/4,

Se suelen obtener por extrusin. Consiste en presionar mediante un mbolo una masa de material abaja o alta temperatura forzndole a salir por una hilera o matriz .

Cobre - Planchas, tubos, alambres y pletinas.

Latones - Redondos, hexagonales, planchas y tubos.

Bronces - Chapas, alambres, planos anchos y tubos.

Aluminio - Pletinas, chapas, redondos, alambres y perfiles.

Estao - Chapas finas, lminas y alambres.

Zinc - Tubos y canalones.

(50,,

Los aceros son muy utilizados en la industria y por tanto tambin en esta asignatura. Es por ellonecesario tener unas tablas de aceros con las propiedades bsicas de estos, temperaturas de forja,caractersticas de los tratamientos trmicos ... Debido a que los aceros ms utilizados en laconstruccin mecnica son los aceros finos (con un porcentaje de impurezas no superiores a ciertoslmites) tendremos tablas slo de estos aceros segn normas IHA y UNE.Los aceros finos se dividen adems en tres grupos: aceros de construccin, aceros de herramientasy aceros inoxidables y resistentes al calor.

En esta asignatura trabajaremos slo con las tablas de aceros de construccin e inoxidables.Las tablas estn al final de este mdulo.

2+!!! "+!!+!&!6

En este apartado describiremos esquemticamente o enunciaremos cules son los procedimientospara obtener las piezas acabadas. La pieza en bruto se suele obtener normalmente en lassiderurgias o metalurgias en forma de lingote o productos comerciales. En las fundiciones, forja,...obtenemos productos semielaborados y finalmente tras el mecanizado tenemos la pieza final. El

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alumno no debe profundizar en estos procesos, sencillamente es necesario que sea consciente desu existencia. En los ms importantes ya profundizaremos en prximos mdulos.

En este curso trataremos todos los apartados marcados con asterisco. (*)

2!,718,,8089,/1,0

Laminacin

Trefilado

Fundicin (*)

Forja rpida

Estampado en caliente o forja lenta (*)

Se hace pasar un lingote de material caliente (o fro) entre cilindrospara obtener chapa o barra con perfil.

Barra de laminado en fro se pasa por hilera de embocadura paraobtener alambre.

A partir de metal fundido y moldes se obtiene la pieza.

Se realiza un esbozo de la pieza en caliente mediante un martinete

Se imprime en caliente en estampa (con martillo o prensa) un elementoesbozado en forja rpida.

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TECNOLOGA MECNICA

Estampado en fro (*)

Extrusin en caliente o fro

Sinterizacin

2%!,718,,8089,,0,,0,

Arranque de viruta

Torneado (*)

Taladrado (*)

A partir de una chapa mediante troqueles y prensasmecnicas o hidrulicas. Corte, doblado y embutido...

Se Impele hacia fuera mediante fuerza el metal introducidoen una matriz para obtener un perfil.

Se Calienta y prensa polvos de metal para obtener las piezas.

Se crea un hueco cilndrico en la pieza.

Se perfila alrededor de un eje un slido de revolucin la pieza.Mquinas: Tornos o centros de torneado.Operaciones: Cilindrado, refrentado, ranurado, tronzado, roscado ofileteado, mandrinado, perfilar o copiar en redondo.

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Escariado, mandrinado

Limado

Cepillado o planeado

Mortajado

Brochado

Cilindrado interior de precisin.

Se arranca viruta horizontal de la pieza. Pieza fija

Se Arranca viruta horizontal en dos direcciones. Pieza mvil.

Accin de arrancar viruta verticalmente para conseguirranuras longitudinales. Dentaduras si se trata de engra-najes.

Se repasa con una brocha (herramienta de filos esca-lonados) un agujero cilndrico o superficie exterior paratransformar el perfil de la pieza.

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TECNOLOGA MECNICA

Fresado

Aserrado

Dentado

Roscadoras

Electroerosin

Arranque de partculas

Rectificado

Se arranca viruta de la pieza mediante herramientas circularesde cortes mltiples.

Se recortan piezas erosionando el material elctricamente.Tipos: Hilo y penetracin (ECM, EDM)Muy utilizado en matricera y moldes.

Consiste en la fabricacin de engranajesPor: Dentadoras por fresa madre o mortajadoras Fellocus oMaag

Se corrige con precisin una superficie plana, cilndrica,cnica,... con una muela .

Consiste en separar un trozo de una barra. Existen:- Sierras circulares (tubos ...)- Sierras de cinta- Sierras alternativas

Se utilizan para roscar agujeros.

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Bruido o lapidado

Afiladoras, pulidoras, esmeriladoras, rebabadoras, ultrasonidos

2',8,18,

Cortar (*)Consiste en separar las piezas

Aserrado mecnicoElectroerosinPunzonadoLserOxicortePor plasmaChorro de agua

Soldadura

Consiste en unir piezas en una unin rgida no desmontable

Arco elctrico

Resistencia

Se repasa con abrasivos de grano fino y aceite una super-ficie templada y rectificada o alisada.

Es un pulido, afilado ... sin precisin dimensional.

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TECNOLOGA MECNICA

Puntos y roldana

Puntos: Roldana:

Autgena

Lser

Chorro de plasma

A. Electrodo D. Metal baseB. Enfriamiento E. Bao de fusinC. Arco

MIG

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MAG

TIG

A. Boquilla E. ArcoB. Metal de aportacin F. Cordn de soldaduraC. Electrodo G. Bao de fusinD. Gas protector H. Metal de base

Tratamientos trmicos y tratamientos anticorrosin (*)

Medicin y verificacin (*)

Mquinas de ensayos

3)) ! !6*:&

(Clase inagural)

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TECNOLOGA MECNICA

")#

Chevalier, Bohan: Tecnologa del diseo y fabricacin de piezas metlicas. Ed. LIMUSA Noriegaeditores. 1998.

Neely: Materiales y procesos de manufactura Ed. LIMUSA Noriega editores. 1992.

Ferr, R.: La fbrica flexible Productica Ed Marcombo. 1988.

p21

Mdulo 2. Tratamientos trmicos conformado de chapa en fro

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TECNOLOGA MECNICA

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RATAMIENTOS TRMICOS

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Un tratamiento trmico es un proceso utilizado para modificar las caractersticas mecnicas deciertas aleaciones mediante ciclos de calentamiento y enfriamiento del material de tal forma que semodifiquen sus constituyentes. Para que sea efectivo el metal debe estar aleado por ciertos tomos.En un tratamiento termoqumico se pretende la insercin de partculas en las retculas cristalinas dela superficie para alear la superficie de la pieza y que el tratamiento trmico sea efectivo. Eltratamiento trmico puede realizarse sobre toda la pieza o en la superficie.

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Se suelen aplicar despus de mecanizar la pieza. Debido a que al calentar la pieza acabada esta sedeforma tras el tratamiento debemos rectificar ciertas piezas para conseguir la calidad geomtrica ydimensional necesaria. Actualmente y debido a la evolucin de las tcnicas de mecanizado podemosarrancar viruta de materiales desbastados y tratados trmicamente por lo que podemos evitaroperaciones innecesarias.

Mecanizado ---- Tratamientos trmicos --- Rectificado

Consideraciones

Diferencia de resistencia a traccin y dureza entre metal puro y aleacin. Podemos comprobar queuna aleacin posee mayor resistencia a la traccin que un metal puro de la misma seccin.

Si calentamos las probetas anteriores a 850C y enfriamos bruscamente observaremos que laprobeta de metal puro no modifica sus propiedades mientras que la aleada con carbono aumenta suresistencia considerablemente.

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TECNOLOGA MECNICA

La dureza y resistencia se incrementan en la segunda probeta aleada. A qu se debe? Estudiemosbrevemente la composicin de los metales y de sus aleaciones.

Estado metlico

Los metales en estado slido presentan una estructura cristalina en los cuales los tomos aparecenformando redes cristalinas. En el caso de metales puros, a temperatura ambiente, se presentasiempre la misma estructura. En cambio en aleaciones puede darse para este caso estructurasdiferentes segn sea la velocidad de enfriamiento. Esto se debe a que el metal puro de hierro, porejemplo, no contiene carbono y el aleado s. En el aleado al enfriarse sus tomos de carbono al sermayores a los de hierro quedan aprisionados en la retcula cristalina por lo que forman granos mscompactos, duros y resistentes. La cantidad de tomos encerrados en la retcula depender de lavelocidad de enfriamiento del metal.

Diagrama Hierro carbono simplificado

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Veamos las estructuras cristalinas del metal de hierro a 1100C y a temperatura ambiente.

Estructura del acero en estado pastoso a 1100C, austenita, red cbica centrada en las caras

Estructura del hierro a temperatura ambiente , red cbica centrada

Si realizo un enfriamiento lento 20C a 40C por hora la austenita se transforma en perlita - ferrita operlita cementita dependiendo del porcentaje de carbono del acero. La estructura de red cbicacentrada en las caras pasa a cbica centrada con la posibilidad que los tomos de carbono salgande la retcula cristalina. Si los tomos de carbono escapan el metal ser menos duro y menosresistente.

Si realizo un enfriamiento ms rpido 30C a 50C por minuto la austenita se transforma enestructura ms fina que es la troostita. Quedan ms tomos de carbono encerrados.

Si el enfriamiento es muy rpido 200C a 500C por segundo la austenita se transforma enmartensita. La estructura de red cbica centrada en las caras pasa a cbica centrada y la mayora delos tomos de carbono quedan aprisionados en el interior de la retcula cristalina.

A mayor velocidad de enfriamiento el carbono tendr menos tiempo para escapar de la retculacristalina y se conseguir una estructura ms dura, ms resistente pero tambin ms frgil.

Diagramas de Bain (TTT)

Para estudiar la transformacin de la austenita al enfriarse se construyeron unas grficas experimentalesde temperatura-tiempo-transformacin denominadas de Bain. Como se ve consta de dos curvas unainicio de transformacin y otra de fin de transformacin. Primero el metal debe calentarse a temperaturacrtica y despus enfriarse hasta la curva de inicio de transformacin. En el tramo entre las dos curvas latemperatura debe mantenerse constante (en un bao salino) y despus volver a enfriarse.

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TECNOLOGA MECNICA

Influencia de la velocidad de enfriamiento.

Esta propiedad de los aceros de modificar sus propiedades como la dureza y la resistencia a latraccin se utiliza mucho en fabricacin.

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Temple Revenido Bonificado Recocido Normalizado

Cementacin Nitruracin Carbonitruracin Cianuracin Sulfinizacin

Temple

Se transforma la austenita en martensita mediante un enfriamiento muy rpido con velocidad superior a lacrtica. Esto provoca que la pieza gane la mxima dureza pero tambin mayor fragilidad. El enfriamientose suele realizar con agua si se quiere un enfriamiento ms brusco, mayor dureza, o aceite si no sequiere tanta brusquedad, menor dureza. A mayor temperatura de temple tambin se conseguir mayordureza o resistencia o viceversa.

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TECNOLOGA MECNICA

Temple

En piezas muy gruesas y debido a que el enfriamiento debe ser desde 850C a temperatura ambienteen menos de 2 segundos, hace que esta no se transforme totalmente en martensita. Esto crea tensionesinternas en casos de piezas con partes gruesas y delgadas.

La dureza y la resistencia mecnica aumentan cuanto mayor es el porcentaje de carbono en elacero.

Revenido

Como hemos visto en el temple las piezas adquieren fragilidad (resilencia) y cuando tienen partesfinas y gruesas se pueden crear tensiones internas. Para dar una mayor tenacidad a las piezas yeliminar estas tensiones se realiza el revenido. El revenido consiste en calentar la pieza hasta unatemperatura por debajo de la crtica hasta que la estructura se transforme en una menos dura que lamartensita (sorbita o martensita revenida). A mayor temperatura de revenido, menor dureza

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El conjunto de temple y mximo revenido se denomina Bonificado.

En el temple y revenido lo que pretendemos es llegar a un compromiso entre la resilencia y la durezaque debe tener nuestro material. Cuanta ms dureza tenga el material ms frgil ser y viceversa.

Recocido

Cuando sometemos al material a elaboraciones plsticas (laminados, forjados, embutidos...) o enfria-mientos en malas condiciones se producen desmenuzamientos de los cristales y su compenetracin,deformndose la retcula y creando tensiones internas. La finalidad del recocido es el eliminar estastensiones internas obtenindose estructuras ms blandas y de fcil mecanizacin.

Se distinguen dos tipos

Recocido de ablandamiento (recocido)

Recocido de regeneracin (normalizado)

Recocido de ablandamiento

Se calienta la pieza por encima de la temperatura crtica y se deja enfriar lentamente en el mismohorno donde se calent. Se obtiene una estructura ms blanda de perlita-ferrita (normal).

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TECNOLOGA MECNICA

Normalizado

Se calienta la pieza por encima de la temperatura crtica y se deja enfriar en aire en reposo. Seconsigue una estructura ms fina y homognea que el recocido.

Comparacin entre los diferentes mtodos.

/

Cementacin

Hemos comentado antes que cuanto ms carbono tenga la aleacin ms dureza podemos alcanzar.En el caso de aceros dulces y extradulces se carbura superficialmente la pieza en presencia decementante. Despus dicha pieza se templa obtenindose as una pieza superficialmente dura perocuyo ncleo (no cementado) es tenaz. Se utiliza para piezas con gran resistencia al desgaste y a lavez elevada resilencia (engranajes, cigeales, rodillos, levas, crucetas, articulaciones...).

Nitruracin

Se utiliza para endurecer superficialmente las piezas y protegerlas de la corrosin por absorcin denitrgeno a una temperatura determinada por parte del acero. (herramientas como brocas...)

Carbonitruracin

Se utiliza en piezas de gran espesor. Consiste de endurecer superficialmente las piezas y evitar sucorrosin (en caliente) gaseando por carbonitruracin los aceros tanto de bajo contenido en carbonocomo incluso los de aleacin media. El acero absorbe as tanto carbono como nitrgeno.

Cianuracin

Igual que el mtodo anterior pero con baos de cianuro.

Sulfinizacin

Se incorpora a la capa superficial de algunos metales, acero, carbono, nitrgeno y sobre todo azufremediante un bao a una temperatura determinada.

Se aumenta la resistencia al desgaste de los metales y se disminuye su coeficiente de rozamiento.

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Imagenes de diferentes tipo de grano

Bainita Troostita Sorbita Martensita

0"'' (!#)" #%.("1 '2(

En estos sistemas se realiza un temple solamente de la superficie de la pieza y no del ncleo. Deesta forma conseguimos piezas resistentes al desgaste exterior pero tenaces interiormente.Enumeraremos los tipos que dependen principalmente de la forma de calentar la superficie de lapieza:

Temple a la llama oxiacetilnica

Temple por induccin

Temple por lser

Temple por haz de electrones

Temple en vaco por plasma

3"'' (!#%.("1 '2(.#"'.'$(%"'#

Se consigue endurecer la superficie de la pieza alendola pero sin aplicar ningn tratamiento trmico.

Pulverizacin catdica

Recubrimiento inico

Implantacin inica

Deposicin qumica

4"'' (!#'! #""# &!

Se recubre la pieza externamente sin modificar su estructura para evitar la corrosin

Pintado

Plastificado

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TECNOLOGA MECNICA

EjemploSe requiere de un acero al carbono de gran elasticidad para la construccin de muelles cuya resistencia,tras un temple y un revenido para los intervalos recomendados segn tablas, pueda alcanzar una resis-tencia de aproximadamente 150 kg/mm2.

a. Determinar de qu acero se trata.

b. Determinar para que condiciones se conseguira la mxima dureza segn tablas.

Condiciones %C= ....... Ttemple = ......... C TRevenido = ......... C temple en agua o aceite?

c. Determinar en que condiciones se conseguira la resistencia requerida en los muelles tras eltemple y el revenido.

Condiciones %C= ....... Ttemple = ......... C TRevenido = ......... C temple en agua o aceite?

Resolucin

a. En este apartado debemos recurrir a la tabla de los aceros, exactamente al apartado de aceros degran elasticidad. De estos aceros existen dos que son al Carbono propiamente dicho: El F-141 y el F-142 segn IHA. De estos dos tipos el nico que nos asegura la resistencia de 150 kg/mm2 es el F-142.

IHA Designacin % C Temple C Revenido C R ( kg/mm2 )F-141 Acero al C de temple en aceite para

muelles0,60,8

815 - 825Aceite

350 - 650Aire

130 - 140

F-142 Acero al C de temple en agua paramuelles

0,40,6

800 - 820Agua

350 650Aire

115 - 160

La tabla nos da la informacin siguiente respecto a los valores de la resistencia del material tras eltratamiento.

1.En las condiciones ms propicias para aumentar la resistencia, es decir:% C MximoTemperatura de temple mxima con enfriamiento en agua (ms brusco que el aceite)Temperatura de revenido mmimaLa resistencia ser de 160 kg/mm2

2.En las condiciones ms propicias para disminuir la resistencia, es decir:% C MnimoTemperatura de temple mnima con enfriamiento en agua (Ya que lo marca la tabla podra ser menorcon la utilizacin de aceite)Temperatura de revenido mximaLa resistencia ser de 115 kg/mm2

b. As para conseguir la mxima resistencia , o sea dureza las condiciones son:

Condiciones %C= 0,6 Ttemple = 820 C enfriamiento en: (agua) TRevenido = 350 C (aire)

c. Para conseguir 150 kg/mm2 debido a que est ms prxima a 160 que a 115 kg/mm2 trataremosde conseguir el valor mximo de resistencia mediante temple y ajustaremos por revenido. Siaumentamos la temperatura de revenido la resistencia disminuir. El valor de temperatura derevenido es apro-ximado. Otra temperatura de revenido como 500C se aceptara pero no la de 600o 650 C ya que dis-minuiramos demasiado la resistencia ya que el valor conseguido en el caso de650 C estara prximo al valor medio de entre 160 y 115 kg/mm2 .

Condiciones %C= 0,6 Ttemple = 820 C enfriamiento en: (agua) TRevenido = 450 C (aire)

p33


$EFORMACIN METLICA EN FRO

!"#$% &!

La deformacin metlica en fro consiste en conformar o cortar un material de un poco espesor,normalmente inferior a 15 mm, sin calentamiento de este (excepto la embuticin de chapas de aceroduro o semiduro de espesor mayor a 7mm en que se trabaja en caliente).Debido a este pequeo espesor y por tanto a su baja resistencia a ser trabajado, no es necesarioaumentar la temperatura del material hasta un estado plstico como en el caso de la forja paratrabajarlo. Dada la precisin dimensional de este mtodo, no slo es utilizado en chapa sino que seutiliza para acabar piezas obtenidas por otros procedimientos. Adems de la precisin dimensional ybuen acabado conseguimos mayor resistencia mecnica y dureza que en el caso de deformacin encaliente.

Debido al gran uso de la chapa para la fabricacin de piezas, carroceras, trabajos de caldereracomo tuberas, material elctrico, latas o objetos tan cotidianos como ollas, cubertera, fregaderos,estuches metlicos, agujas de hilo... su estudio se realiza de forma independiente segn el grosor dela chapa. As se llama hojalatera o calderera fina si el espesor es menor a 1 mm, chapistera de 1 a3 mm y calderera gruesa si es mayor a 3 mm. En nuestro estudio nos referiremos al trabajo enchapa en general que como se sabe se obtiene por laminacin en caliente en las metalurgias.

'(" '2(% 2 5'$#

Los materiales de las chapas utilizadas en la conformacin en fro deben ser materiales con lassiguientes caractersticas:

La plasticidad que es la capacidad que debe tener el material para deformarse de forma permanentesin romperse. Es importante que el material sea dctil y maleable es decir que sea plstico altraccionarse y al comprimirse respectivamente.

Un lmite elstico bajo, es decir, que debe poderse deformarse con facilidad, ya que un material sloconsigue deformarse permanentemente si se ejercen esfuerzos superiores a dicho lmite.

p34

TECNOLOGA MECNICA

Existe por encima del lmite elstico un punto, denominado de ruptura, donde el material se rompe.Al deformarse el material se va endureciendo progresivamente hasta llegar a este punto. Si cesamosel esfuerzo en un punto de la zona no elstica prximo al punto de rotura por unos instantes y se-guimos con el mismo esfuerzo, reemprenderemos la deformacin con la dureza que tenamos antesde parar y por lo tanto al aumentar el esfuerzo se romper la chapa. Si despus de pararrecociramos la chapa, eliminando las tensiones internas y por lo tanto reblandeciendo el material,nos alejaramos del punto de ruptura aun conservando la deformacin conseguida. Esto nos per-mitira conseguir mayores deformaciones ya que restauraramos su plasticidad.

Otro parmetro a tener en cuenta en algunas operaciones como el doblado es que los materialestienen una recuperacin elstica, es decir, que aunque se deformen permanentemente suelenretroceder hacia su antigua posicin algunos grados. Por eso al doblarse se debe hacer con unosgrados por exceso para compensar este hecho.

Teniendo en cuenta todas estas consideraciones, los materiales ms idneos en el trabajo de chapa son:

Aceros dulces y extradulces (bajo contenido en carbono.)

Aceros austenticos inoxidables.

Latn y cobre.

Aleaciones ligeras y de aluminio-cobre.

En el caso de chapas de aceros realizadas por laminacin en caliente y que deban trabajarse en fro, esconveniente realizar previamente un decapado qumico (ataque con HCl o HSO4) para eliminar el xido yun recocido para reblandecer el material. Normalmente y para evitar la corrosin, algunas chapas segalvanizan con cromo o zinc.

Estas chapas se obtienen de las metalurgias en forma de carretes de chapa enrollada o de lminas.

0#.("' #!(." ! .'2(

Se nombran algunas de las operaciones que realizamos mediante deformacin en fro y que estudiaremosa continuacin:

Cizallado

Doblado o estampado

Aplanado

Rebordeado, plegado o perfilado

Perfilado

Troquelado

Embutido

Entallado

Otras

06

Previamente a cualquier trabajo es preciso cortar la chapa con unas dimensiones de ancho ylargo en funcin de la pieza final a obtener (en caso de calderera) o slo en funcin del anchopara que las tiras de chapa denominadas bandas se adapten a las guas del til de trabajo dechapa (matriz).

p35


El corte de la chapa en lnea recta es el cizallado y se realiza por medio de una cizalladora que esuna mquina que contiene dos cuchillas metlicas que al cerrarse cortan la chapa. En el esquemaadjunto se muestran las cuchillas durante el corte mostrando la cara de corte y los respectivosngulos correspondientes. Siendo el ngulo de incidencia, el ngulo de corte y el ngulo dedesprendimiento. Estos ngulos dependen de la dureza del material a trabajar y la de la propiacuchilla. En las cuchillas de acero al carbono empleadas para cortar planchas de acero dulce, dichosngulos son: = 6 ; = 80 y = 4.

Existen varios tipos de montajes segn la orientacin de las cuchillas: Cizallas de cuchillas y deoblicuidad constante. En ambas la fuerza de corte es igual a la seccin de corte S por el esfuerzo acortadura t. La seccin de corte es menor en el caso de cuchillas de oblicuidad constante por loque requiere de mquinas cizalladoras menos potentes para el mismo grosor s y ancho a de chapa.El esfuerzo a cortadura t = 0,8 r. donde r es la resistencia a la rotura. En las cuchillas deoblicuidad constante se recomienda un ngulo de inclinacin = 10.

a. Paralelas b. oblicuidad constante

En que el esfuerzo de corte es:

F= S.t = a.s. t (Cuchillas paralelas)

F = 0,25 s2 t / tg ( = 10) (Cuchillas oblcuas)

p36363636 TECNOLOGA MECNICA

Para el clculo de la fuerza de corte se muestran los valores del esfuerzo de corte t.

MATERIALES Res. a la cortadura en Kg/mm2t

Laminado RecocidoAcero lam. 0,1 % C 32 25Acero lam. 0,2 % C 40 32Acero lam. 0,3 % C 48 35Acero lam. inoxidable 60 52Acero lam. al silicio 56 45Aluminio 13 - 15 6 - 7Anticorodal 25 - 29 9 - 10Alpaca laminada 45 - 46 28 - 36Bronce 40 - 60 32 - 40Cinc 20 12Cobre 25 - 30 18 22Duraluminio 30 - 36 13 16Estao - 3 4Latn 35 - 40 22 30Plata laminada 23,5 23,5Plomo - 2 3

Las velocidades de corte suelen ser V = 1 a 2 m/min.

Luego la potencia absorbida en corte N = F. V

Cizallado en bobinas Cizallado en formatos

3.2. Doblado

Consiste en doblar las planchas de chapa mediante mquinas dobladoras (a base de rodillos) o pren-sas con moldes o estampas (macho y hembra) de material duro y resistente como aceros aleados o alcarbono endurecidos. En el esquema se muestra una estampa para doblar.

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1. Punzn2. Chapa3. Estampa o matriz

Elegiremos los radios de curvatura siguientes:

Rmn = s (aceros)Rmn = (0,4 - 0,5).s (Aleaciones ligeras) Donde s es el espesor de la chapa.Hemos de tener en cuenta que al cesar la fuerza de doblado la chapa puede enderezarse en partedebido al retorno elstico. Por ello no se puede prever mucha exactitud en la forma final de la pieza.

El esfuerzo necesario para doblar

FR bs

a

s=

32

2

Donde Rs = Carga unitaria en el lm elstico.

00'

Este proceso se utiliza para la obtencin de chapas finas a partir de chapas procedentes de la si-derurgia. El aplanado se produce traccionando la chapa mientras se la conduce a travs de unosrodillos de acero endurecido.

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TECNOLOGA MECNICA

03"789

Se unen por plegado los bordes de junta de una chapa formando superficies cerradas o perfiladas.

a. Plegadob y c. Rebordeadod. Plegado acanalado

04/

Troquelado, corte y punzonado

Consiste en agujerear o recortar una banda de chapa por medio de un til que corta por presin. Siel trozo recortado de la chapa es la pieza que aprovechamos decimos que hacemos un recorte. Si eltrozo que agujereamos en la chapa es el residuo entonces hacemos un agujero. La operacin derecortar se denomina corte mientras que la de agujerear punzonado. Los dimetros de los agujerostroquelados son como mnimo 0,8 veces el espesor de la chapa por lo que utilizaremos otrosmtodos para agujeros ms pequeos.El til de troquelado consta de un punzn y de una matriz de acero especial rectificado. Estoselementos se fijan a una prensa balancn o excntrica. La matriz se fija a la bancada y el punzn a laparte mvil de la prensa. Realmente el punzn, o juego de punzones, no va unido directamente a laprensa. Los punzones se fijan a una placa que se denomina portapunzones y que va unida a la partemvil de la prensa por un mango situado en el centro de presiones de los punzones. El material delas matrices suele ser acero templado F-552, F-551, F-514 (para pequeas series) segn IHA oaceros moldeados al manganeso (para tiles de grandes dimensiones). La longitud mxima delpunzn se calcula a pandeo.

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Esquema del til de troquelado

Esquema del troquelado

Matriz: til donde se apoya la chapa. El agujero tiene una parte que es la que corta llamada zona devida (A) cuya longitud es de 3 a 4 mm si trabajamos con chapa hasta 1,5 mm de espesor y de 4 a 8mm para espesores mayores. A partir de la zona de vida el agujero es cnico con entre 0,25 y 2para facilitar el desprendimiento del material sobrante.

Punzn.

Prensachapas (Elemento que impide que el punzn arrastre chapa por presin, utilizado en troque-ladode precisin)

Chapa.

Es necesario que exista un juego entre la matriz y el punzn que est en funcin del espesor y elmaterial de la chapa as como del dimetro nominal del agujero o recorte.

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TECNOLOGA MECNICA

Fuerza total y potencia de troquelado

El esfuerzo total en troquelado es:

FT = F + Fext

Donde:F es la fuerza de troquelado

F = p . s . t . k

p = permetro recortados = espesor de la chapat = resistencia a la cortadurak = coeficiente de seguridad (1,1)Fext es la fuerza de extraccin de la pieza, ya que la tira de chapa se queda enganchada al punzny debemos hacer una fuerza suplementaria al subir el punzn mientras presionamos conprensachapas o tambin denominados extractores.

Fext = 2 - 7 % F (Dependiendo del permetro que haga fuerza contra el punzn.)Debido a que la chapa se corta antes de que el punzn baje la profundidad correspondiente alespesor de la chapa, debemos calcular la carrera (activa) en la cual el punzn est cortandorealmente la chapa. La carrera activa del punzn c en funcin del espesor de la chapa s es:

Materiales tenaces: c = 0,6.sMateriales duros: c = 0,4.s

Como regla general cogeremos c = 0,5.sSi escogemos un punzn biselado con una cierta inclinacin, entonces c = s (aprox.)La potencia absorbida es:

N = T.c / t donde t es el tiempo que tarda el punznen completar un ciclo.

A veces nos interesa hacer varios troquelados a la vez para no perder la posicin el uno con losotros. Otras veces aprovechamos el descenso y fuerza de la prensa para realizar en diferenteszonas agujero y recorte. En el caso de cortes sucesivos en que se utilizan varios punzones a la vezse pueden utilizar matrices progresivas o escalonadas. En las matrices progresivas todos lospunzones cortan al mismo tiempo por lo que la fuerza total es igual a la suma de las fuerzas queejercen cada uno de ellos mientras que en la disposicin escalonada y debido a su diferencia dealtura, los punzones cortan uno a uno por lo que la fuerza total que se necesita en la prensa es lafuerza mxima de estos.

p41


Matriz progresiva

Relacin entre el punzn y la matriz en caso de agujero y recorteDebido a que al realizar el troquelado la chapa penetra en la matriz desgastando las aristas si no hayjuego y como necesitamos una gran precisin en la pieza final, debemos dejar la holgura necesariaentre el punzn y la matriz. Sus dimensiones dependern de que parte de la pieza recortamos. Siqueremos hacer un agujero, entonces el punzn tendr las medidas de este y la matriz debe sermayor. Si es un recorte, entonces sus dimensiones sern las de la matriz y el punzn ser menor. Laholgura entre la matriz y el punzn es el juego. En la siguiente grfica se presenta la relacin entrepunzn y matriz en funcin del espesor y el material de la chapa.

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TECNOLOGA MECNICA

Grfico para hallar el juego entre matriz y punzn

Disposicin de las figuras a cortar en la chapa

Debemos disponer las figuras a cortar con el fin de maximizar el aprovechamiento el material yconseguir un buen rendimiento.

Bandas y avance de la chapaPartimos de unas bandas o tiras de chapa donde cortaremos las figuras. En primer lugar avanzamosla chapa hasta la posicin del punzn, cortamos y volvemos a avanzar la chapa dejando un espaciosuficiente entre posicin y posicin. A este espacio que avanzamos se le denomina paso. El paso pse define como la distancia entre dos posiciones homlogas de la pieza para dos posicionesconsecutivas, Normalmente suele ser la longitud de la pieza ms una separacin. Por otro lado la tirade chapa debe ser ms ancha que la pieza. Esta anchura es el ancho de la banda a . Exactamente,el ancho de la pieza ms una cierta separacin a cada lado. La separacin est en funcin delespesor y nunca debe ser inferior a 1 mm. Generalmente si la separacin es entre un lado de lapieza y el fin de la tira o un lado paralelo de la otra pieza est separacin S = 2 . s donde s es elespesor de la chapa. Si la separacin es entre una esquina o un lado curvo y el fin de la tira u otrolado de la otra pieza entonces S = s .

p43434343Mdulo 2. Tratamientos trmicos conformado de chapa en fro

Mtodos para marcar el pasoExisten bsicamente dos mecanismos para marcar el paso de la tira de chapa. Mediante un punznauxiliar o mediante un mecanismo de balancn. Con el primer mtodo realizamos una muesca en labanda con la longitud del paso. En el siguiente movimiento la chapa avanzar hasta un tope y por lotanto el paso. El problema de este sistema es que disminuimos el rendimiento de material, pero es mspreciso y muy utilizado. En el segundo sistema aprovechamos un agujero de la pieza o un agujeropequeo realizado mediante un punzn y un dispositivo tipo gatillo. El gatillo o balancn detiene lachapa tras avanzar el paso ya que choca con la pared del agujero y se bloquea. Para un nuevo avancedesbloqueamos para dejar pasar la chapa, avanzamos y volvemos a bloquear para parar la chapa.

Paso mediante punzn auxiliar Paso con mecanismo de balancn

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TECNOLOGA MECNICA

Rendimiento de materialEl rendimiento es la relacin entre la chapa gastada y el nmero de piezas realizadas. Lo calculamospara un slo paso ya que ser igual en toda la banda.

(%) =( Spieza / Sutilizada ) . 100Donde:

Spieza es la superficie de la piezaSutilizada = p . a donde p es el paso y a es el ancho de la banda

Para que el rendimiento aumente, es decir que la cantidad de chapa residual disminuya podemosdisponer las figuras en la chapa segn diferentes disposiciones segn la forma o utilizando diferen-tes punzones dependiendo de la importancia de la serie.

Disposiciones segn la forma

Disposicin normalCuando las piezas se pueden inscribir en un rectngulo, esta es la mejor organizacin de las figuras.Consiste en colocarlas unas tras otras sin girarlas.

Disposicin oblicuaCuando las piezas pueden inscribirse en un tringulo rectngulo, la mejor organizacin es una confi-guracin oblicua, es decir, las piezas giradas. Si la pieza queda inscrita en un tringulo rectngulo de ca-tetos iguales entonces se gira la pieza 45.

p45


Disposicin invertidaConsiste en realizar una serie de piezas en posicin normal en un sentido y despus realizar el corteen sentido opuesto. Slo se utiliza un punzn por operacin.

Disposiciones segn la importancia de la serie.

Disposicin simpleCuando las series son pequeas no compensa duplicar o multiplicar el nmero de tiles. Por lo tantose utilizar un slo punzn por operacin.

Disposicin mltiplePara series medianas y grandes y para mejorar el aprovechamiento del material se construye un tilde punzonado capaz de cortar varias piezas a la vez. Por ello se habla en estos casos de juegos depunzones. En el esquema una disposicin de tres punzones al tresbolillo.

p46

TECNOLOGA MECNICA

Posicin del mango. Centro de presiones

Conocida la disposicin de los punzones en el portapunzones debemos situar el mango en el centrode presiones para evitar que existan momentos de flexin que produzcan la deformacin delconjunto o aparezcan fuerzas innecesarias. Escogemos un punto del punzn y a continuacincalculamos los momentos respecto de este. La suma de momentos de cada una de las fuerzas debeser igual a la fuerza resultante por la distancia a ese punto. Esta distancia situar el centro depresiones.

Momentos respecto de A

F es la fuerza de troquelado

F = p . s . t . k

p = permetro recortados = espesor de la chapat = resistencia a la cortadurak = coeficiente de seguridad (1,1)

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Calculamos el centro de presiones en x:

En x: MAx = Ft . xt = F1 .x1 + F2 .x2+ F3 .x3+ F4 .x4+ F5 .x5+ F6 .x6 + F7 .x7

xt = (F1 .x1 + F2 .x2+ F3 .x3+ F4 .x4+ F5 .x5+ F6 .x6 + F7 .x7) / Ftxt = s. t . k (l1 .x1 + l2 .x2+ l3 .x3+ l4 .x4+ l5 .x5+ l6 .x6 + l7 .x7) / s. t . k . pxt = (l1 .x1 + l2 .x2+ l3 .x3+ l4 .x4+ l5 .x5+ l6 .x6 + l7 .x7) / p

Calculamos el centro de presiones en y:

En x: MAy = Ft . yt = F1 .y1 + F2 .y2+ F3 .y3+ F4 .y4+ F5 .y5+ F6 .y6 + F7 .y7yt = (F1 .y1 + F2 .y2+ F3 .y3+ F4 .y4+ F5 .y5+ F6 .y6 + F7 .y7) / Ftyt = s. t . k (l1 .y1 + l2 .y2+ l3 .y3+ l4 .y4+ l5 .y5+ l6 .y6 + l7 .y7) / s. t . k . pyt = (l1 .y1 + l2 .y2+ l3 .y3+ l4 .y4+ l5 .y5+ l6 .y6 + l7 .y7) / p

Donde l son los permetros de corte de los diferentes tramos y (x,y) son las coordenadas respecto alpunto A. Para conocer donde est situado el centro de gravedad de cada uno de los tramos nospodemos ayudar con esta tabla:

Centro de gravedad o de presiones para diferentes formas de tiles de corte.

Costes del troquelado

El troquelado es muchas veces el mtodo ms econmico, pero el principal problema es laamortizacin del til de corte, la maquinaria y que existe un material de desperdicio. Es por ello quemuchas veces slo es rentable para grandes series. Con los mtodos modernos de software deaprovechamiento de chapa, hoy en dia pueden troquelarse series ms pequeas de forma rentable.Los costes se pueden calcular:

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TECNOLOGA MECNICA

Ct = Cmat + Ctil + Cmq

DondeCmat = Costes de las chapas (incluido el residuo)Ctil = Costes de amortizacin de los tilesCmq = Costes de la maquinaria y mano de obra

Ejemplo 1Se ha de fabricar, por troquelado la pieza indicada en el croquis adjunto. El material de la chapa es aceroinoxidable recocido de 2 mm de grosor. El paso se asegura mediante un mecanismo de balancn.

Se solicita:

a) Suponiendo que el recorte del agujero es desperdicio, calcular el rendimiento de material parauna posicin normal JJJ y para la posicin de mximo rendimiento utilizando el diseo mscompacto de la placa matriz para dos punzones. Hacer el croquis con las medidas del ancho dela banda y del paso para ambas posiciones.

Para el caso de posicin de los punzones normal JJJ:

b) Represente esquemtica y grficamente como estaran dispuestos los dos punzonesindicando el avance de la chapa y las medidas reales de los punzones.

c) Calcular la fuerza de corte necesaria si la matriz es progresiva y la posicin del centro depresiones para este caso respecto al punto A de la banda de chapa (ms cercano a la primeraposicin de troquelado).

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Resolucin

El problema se realiza en todos los apartados para un solo juego de punzones que son dospunzones, uno para realizar el agujero y otro para el recorte.

Croquis de la diferentes posiciones

Posicin normal (JJJ)

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TECNOLOGA MECNICA

Posicin de mximo rendimiento

Rendimiento de material

100*SuSp

=

S pieza = 40*75 + 30*5 + 40*20 + 80*20 - *10^2/2 = 5392,74 mm2

1. caso a. Posicin normal (JJJ)

= 5392,74/11232 = 48%

2. caso b. Posicin mx rendimiento

= 5392,74/9043,9 = 59%

Queda claro que en la segunda posicin aprovechamos mejor la chapa para un solo juego depunzones.

Disposicin y medidas de los punzones

El juego para el caso de acero inoxidable y espesor de chapa de 2 mm.

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Fuerzas de corte y centro de presiones

Fuerzas de corte (sin coeficiente de seguridad).

Fc = t * per * e

t = 52 Kg / mm2 (acero inoxidable recocido)

e = 2 mmper = 100 + 100 + 40 +20 + 20 + 50 + 10 + 80 + 40 + 20 + *10 = 511,4 mm

Fc = 520 * 2 * 511,4 = 531,856 kN

Centro de presiones

En x:

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TECNOLOGA MECNICA

l*s = 77161,07per = 511,4

cdpx = 77161,07 / 511,4 = 150,88 mm

En y:

l*s = 20478,2per = 511,4

cdpy = 20478,2 / 511,4 = 40,04 mm

El alumno puede practicar realizando el mismo ejercicio para dos juegos de punzones.

Ejemplo 2Se quiere obtener por troquelado la pieza de chapa de acero al carbono suave C.25.K, recocido delcroquis 40x40x10 mm. y 2 mm. de grosor, con una matriz de un solo punzn que recorta la figura. Eltil dispone del sistema de posicionado y centrado de balancn.

Se pide:

1. Considerando los mrgenes adecuados por tener una salida continua y ligada del recorte,determine y dibuje la posicin relativa del punzn y la tira de material que comporte mayorrendimiento (%) del material empleado, que se ha de calcular. Compare este rendimiento con elde la posicin "Normal : LLLLL...".

2. Determine la fuerza de corte necesaria y la fuerza de la prensa suponiendo que la matriz tieneun prensachapas.

3. Determine (croquis) las medidas de la planta del punz y de la placa matriz, considerando eljuego adecuado.

4. Determine la posicin del c.d.p. (centro de presiones), respecto al extremo de la pieza.

5. Determine - dibujando el croquis - el rendimiento del material para una hipottica disposicincapiculada (dos punzones), para realizar una serie de piezas importante.

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6. Determine grficamente el nuevo c.d.p. (Cotas sobre el croquis anterior).

7. Determine a partir de que serie de piezas mnima es rentable la construccin de una matriz dedos punzones respecto a una simple LLL sabiendo que:

El coste de la matriz "simple" (1): 500.000,-pts. , incluidos gastos de mantenimento.Duracin o vida de la matriz: indefinida, al menos 2.000.000 de piezas.Coste horario de la prensa necesaria: 3900 pts/h.

El coste de la matriz "doble" (2): 750.000,-Pts. incluidos gastos de mantenimento.Duracin o vida de la matriz: indefinida, al menos 2.000.000 de golpes (4.000.000 de piezas)Coste horario de la prensa necesaria (doble fuerza que la 1): 4500 pts/h.

Tiempos de ciclo:1 seg para ambas matrices. Precio del coste del material:150 pts/kg. M=7,8 gr/cm3

.

CROQUIS DE LA PIEZA (mm)

Resolucin

1. Posicin normal LLLL

Clculo del ancho de la banda y separaciones

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TECNOLOGA MECNICA

Ancho de banda:

a = L+2* s L: Longitud vertical de la pieza.s: Separacin entre contorno de piezas y borde de la plancha.

a = 40 + 2* 4 = 48 mm s = s1 = s2 = 2 * e = 2*2 = 4 mm

Paso - Distancia entre troquelados sucesivos:

p = 40 + 4 = 44 mm

Rendimiento de material:

100*SuSp

= Sp : rea de la pieza = l * h = 40 * 10 + 30 * 10 = 700 mm2

Su: rea a utilizar = p * a = 44 *48 = 2112 mm2

100*2112700

= = 33 %

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Posicin oblicua

Ancho de banda

S1= 2 * e = 4 mm

S2= 1 * e = 2 mm

222 4024040=L mm=+ (Hipotenusa = 2 * Cateto)

a = + =40 2 2 2 6057 . mm

Paso (Distancia entre troquelados sucesivos)

p S= +2 10 1( ) 8.19142p == mm

Rendimiento

=SS

p

u

100 donde: Sp rea de la pieza = l * h

Su rea a utilizar = p * a

Sp = 4010+3010=700 mm2

Su =1199 mm2

%581001199700

== El rendimiento es mejor en esta posicin.

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TECNOLOGA MECNICA

2. Si la matriz tiene prensachapas, en el momento del corte, cuando el punzn se retira la chapatiende a ir en el sentido de este, por lo tanto el prensachapas ejerce una fuerza contraria. Para aevitarlo, la Fc se incrementa un 20%.

En la tabla interpolando el acero 0.25% y recocido encontramos la resistencia C.

cFA

= donde: A es el rea recortada

c Kp mm=+

=

32 352

335 2. / Ya que en tablas para acero 0,20%, C = 32 Kg/ mm2

y para acero 0,30 %, C = 35 Kg/ mm2

Ft = P e C donde: P permetro P = 40+40+10+10+30+30 = 160 mm

Ft= 160233.5 = 10720 Kp = 107 KN

FPR= Ft + Fprensachapas = 1,2 Ft

Fuerza de la Prensa FPR= 10720 1.20 = 12864 Kp = 13 Tn = 130 KN

3. Para hallar la medida del punzn y la matriz debemos consultar el grfico que relaciona el juegoentre el punzn y la matriz, segn el tipo de acero y el espesor de la chapa.

Juego = 0,12 mm (este juego es el valor total es decir (D d ) )Debido a que realizamos un recorte la matriz tendr las dimensiones de la pieza y el punzn sermenor.

Croquis y medidas del punzn y la placa matriz

4. Centro de presiones: Lugar a colocar el mango de la placa porta punzn.El eje del mango ha de coincidir con la posicin de la resultante de los diversos esfuerzos decorte.

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En x:x = (40*0 + 10*5+30*10+40*20+30*25+10*40)/160cdpx = 2300 / 160 = 14,38 mm

En y:y = ( 40*20 + 10*40 + 30*25 + 40*0 + 30*10 + 10*5)/160cdpy = 2300 / 160 = 14,38 mm

5. Posicin Capiculada utilizando dos punzones.

p = L + s1 = 40+ 4 = 44 mm S1 = 2 * e = 4 mma = L1 + L2 + s1 + 2 *s2 = 40 +10 + 12 = 62 mm S2 = 2 * e = 4 mmSu = a * p = 2728 mm2 Sp= 2 * 700 = 1400 mm2 (Dos Punzones por lo tanto Dos piezas)

5110027281400

== %

Menor rendimiento que en la posicin oblcua, no siempre los punzones capiculados ofrecen elmayor rendimiento, depende de la geometra de la pieza.

ps1

s2

a

55

A) Punzones con condiciones de corte poco ptimas B) Punzones separados la mxima distancia

L1

L2

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TECNOLOGA MECNICA

6. C d g para dos punzones

Coordenadas respecto del punto C del cdg

cdg x = 50 mm

cdg y = -27 mm

7. Nmero de piezas mnimo.

Esquema matriz 1. (paso p= 44mm./,ancho de banda a= 48mm.)Material necesario por pieza: p*a*s*M = 4,4*4,8*0,2*7,8 = 32,94gr.Coste CM = 0,03294 * 150 = 4,94 pts/p.Coste CM = 4,94 * nCostes proceso CPR = n * 1seg/pieza * 1h/3600seg * 3900 = 1,083 * nCostes de amortizacin de la matriz CAM = 500000 pts

CT.1 = CPR + CAM + CM= 1,083 n + 500000 + 4,94 n = 500000 + 6,023 n

Esquema matriz 2. (paso p= 44mm./,ancho de banda a= 62mm.) Material necesario por 2 piezas: p*a*s*M = 4,4*6,2*0,2*7,8 = 42,55gr. Coste CM = 0,04255 * 150 = 6,38 pts/ 2 piezas = 3,19 pts/p. Coste CM = 3,19 * n Costes proceso CPR = n * 1seg/2 piezas * 1h/3600seg * 4500 = 0,625 * n Costes de amortizacin de la matriz CAM = 750000 pts

CT.1 = CPR + CAM + CM= 0,625 n + 750000 + 3,19 n = 750000 + 3,815 n

Condicin del problema CT2 CT1

750000 + 3,815 n 500000 + 6,023 n

N de piezas mnimo = 113225 piezas

0:(7

tiles de embuticinOperacin mediante la cual se transforma una lmina plana en una pieza cncava. Para ello seemplean prensas equipadas con moldes o estampas (punzn y matriz). Estos tiles son de acerostemplados y rectificados F-552 (segn IHA), aceros moldeados a manganeso o bronces al aluminio.En la embuticin se deben evitar cantos vivos que cortaran la chapa en lugar de embutirla. En teorano se debe alterar el espesor de la chapa en ningn punto.

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Hemos de intentar para ello que el material sea lo ms dctil y maleable posible, por ello se procede enalgunos casos a recocidos previos y calentamientos finales para eliminar las tensiones internas. El tilde embuticin consta de los siguientes elementos:

1. Punzn 2. Prensachapas 3. Chapa 4. Matriz 5. Extractor

En embuticin debe existir un juego entre el punzn y la matrizUna aproximacin que podra realizarse sera:

Para chapas de acero D = d + 2,45 sPara chapas de aleaciones ligeras D = d + 2,25 s

El mnimo juego sera de D = d + 2 s .

Normalmente el valor del juego se deduce empricamente.Un ejemplo de juego sera el de la embuticin para acero dulce deducida empricamente.

Espesor de la chapa (mm) Juego (D d) (mm)

0,5 a 1,25 0,1

1,25 a 2,25 0,2

2,25 a 3,25 0,3

3,25 a 4,25 0,4

4,25 a 5,25 0,455,25 a 6,5 0,5

6,5 a 7,5 0,6

7,5 a 8,5 0,65

8,5 a 9,5 0,75

9,5 a 10,5 0,8

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TECNOLOGA MECNICA

En embuticin debe evitarse el corte de la chapa

Todas las superficies de contacto deben ser redondeadas. El radio de la matriz estar entre loslmites 0

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Esfuerzo necesario para la embuticin

Normalmente la embuticin suele hacerse en varias etapas para evitar el corte de la chapa. Parasaber el nmero de etapas necesarias recurrimos a la siguiente tabla:

MATERIAL K1 K2 o Kn

Chapa de acero 0,56 0,75Latn 0,52 0,75Cobre 0,50 0,75

Aluminio 0,55 0,80Acero inoxidable 0,60 0,80

Cinc 0,75 0,90

Partimos del dimetro del disco inicial Di y avanzamos hasta dimetro final de la pieza Df.

D1 es el primer dimetro al cual se puede llegar.

D1 = Di . K1D2 = D1. K2D3 = D2. K2 ..... hasta llegar a un valor inferior a Df.

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TECNOLOGA MECNICA

A partir de los dimetros anteriores e igualando reas se obtienen las diferentes alturas para ladiferentes embuticiones.

La fuerza mxima para no agujerear la pieza es:

Fe = Permetro . espesorchapa . c . m

Y c es la resistencia a la cortadura:

MATERIALES Res. a la rotura en Kg/mm2r

Res. a la cortadura en Kg/mm2c

Laminado Recocido Laminado RecocidoAcero lam. 0,1 % C 40 31 32 25Acero lam. 0,2 % C 50 40 40 32Acero lam. 0,3 % C 60 44 48 35Acero lam. inoxidable 75 65 60 52Acero lam. al silicio 70 56 56 45Aluminio 16 - 18 7,5 - 9 13 - 15 6 - 7Anticorodal 32 - 36 11 - 13 25 - 29 9 - 10Alpaca laminada 56 - 58 35 - 45 45 - 46 28 - 36Bronce 50 - 75 40 - 50 40 - 60 32 - 40Cinc 25 15 20 12Cobre 31 - 37 22 - 27 25 - 30 18 - 22Duraluminio 38 - 45 16 - 20 30 - 36 13 - 16Estao - 4 - 5 - 3 - 4Latn 44 - 50 28 - 37 35 - 40 22 - 30Plata laminada 29 29 23,5 23,5Plomo - 2,5 - 4 - 2 - 3

c = 0,8 r

Donde m es 1 en todas las embuticiones excepto en la ltima embuticin donde (d/D=Kn) = (m=1) y(d/D = 1) = (m=0) y d/Dn sigue una progresin lineal. Por lo que hallaremos el valor de m porinterpolacin lineal.

Como ejemplo para el caso de una embuticin de acero K1=0,56:

Valores de m d/D m

0,56 10,60 0,860,70 0,720,75 0,600,80 0,50

1 0

Sera cuestin de calcular d/D en la etapa final (imaginemos que fuera 0,7) y obtendramos m (serapara d/D = 0,7 el valor m=0,72).Luego sumamos las fuerzas de embuticin de todas las etapas.

El trabajo de embuticin ser la suma de todos trabajos.

Wemb = Femb . h Donde h = alturas parciales de las diferentes etapas.

En la pieza final se observa

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Al principio ms fuerza por deformacin y despus ms fuerza por rozamiento.

Ejemplo

Calcular el nmero de embuticiones necesarias para embutir una pieza como la del croquis a partirde un disco de 62 mm.

Calcular tambin la fuerza necesaria en cada una y el trabajo si la velocidad de produccin es de 1embuticin por segundo.

Resultats

Nmero de embuticiones

Si es necesaria una sola embuticin K1 = 0,56

d ------ = 0,56 D

como d (dimetro final de la pieza) = 22 mm y D (dimetro inicial del disco) = 62 mm d = 22

__________

= 0,35 < 0,56 se necesita ms de una embuticin D = 62

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TECNOLOGA MECNICA

1 embuticin

62 K1 = 62 0,56 = 34,72 mm d1 = 34,72 mm (Dimetro final en primera embuticin)

Se halla h1:

____

62 2 = ____ 34,72 2 + 34,72 h14 4

h1 = 19 mm (Altura en primera embuticin)

2 embuticin

34,72 K1 = 34,72 0,75 = 26,04 mm d2 = 26,04 mm

Se halla h2:

____

62 2 = ____ 26,04 2 + 26,04 h24 4

h2 = 30,4 mm

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3 embuticin (final)

26,04 K1 = 26,04 0,75 = 19,53 mm d3 = 19,53 mm < 22 mm (dimetro final)

Se halla h3 para d3 = 22 mm:

____

62 2 = ____ 22 2 + 22 h3 4 4

h3 = 38,2 mm

Son necesarias tres embuticiones.

Fuerza necesaria

Donde el permetro de embuticin es: per = . D (circunferencia)

1 embuticin_ (m = 1) c (acero 0,1 % C, recocido) = 25 Kg/mm2

e =1,5 mm

Fe1 = 34,72 1,5 25 1 = 4090 kg 40900 N

We1 = 40900 h1 = 40900 0,019 = 777 W (si 1 embuticin/seg)

2 embuticin_ (m = 1)

Fe2 = 26,04 1,5 25 1 = 3067 kg 30670 N

We2 = 30670 h2 = 30670 (0,0304 0,019) = 350 W (si 1 embuticin/seg)

Fe = per e c m

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TECNOLOGA MECNICA

3 embuticin_ (m = ?)

1 0,75 1 0,84 ___________ = ___________ x = 0,64 m = 0,64 1 0 x - 0

Fe3 = 22 1,5 25 0,64 = 1658 kg 16580 N

We3 = 16580 (0,0382 0,0304) = 129 W (si 1 embuticin/segundo)

Si slo utilizsemos una prensa, la potencia necesaria en la prensa ser la mxima de lascalculadas.

0;(

Es un embutido al torno. Se utiliza para la embuticin de pequeas series a bajo costo. Se realiza ladeformacin de un disco de chapa sobre un molde giratorio aplicando una presin localizada medianteuna herramienta.

d/D = 0,75 m = 1

22/26,04 = 0,84 x

1 0

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0 '(!(2#!1#"'$#$(?'.'

En las ltimas dcadas se ha evolucionado hacia sistemas justo a tiempo ms completos y flexiblesen que se intenta que sean econmicas incluso las series ms cortas. Se intenta integrar todos lostrabajos: cizallado, troquelado, doblado, soldado... de chapa en un sistema nico utilizando tcnicasflexibles y flujos de informacin y materiales automticos. El operario ya no se dedica al transportede la chapa sino que prepara la mquina mientras sistemas de transporte como alimentadores,pinzas neumticas, cintas, palets o mordazas de ventosa transportan y posicionan la chapa.

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El primer paso es el diseo de la pieza mediante sistemas CAD/CAM. Debemos optimizar el diseode la pieza para su posterior implantacin en la lnea de produccin. Debemos repartir las piezasrealizadas para mejorar el rendimiento de material y disminuir el desperdicio mediante programasespeciales. Una serie de piezas para diferentes aplicaciones pero de iguales caractersticas podrantrabajarse con los mismos punzones en una flexiprensa o utilizando una nica punzonadora detorreta, por lo que es rentable unificar las formas. En los programas CAD/CAM se nos permitefcilmente elaborar el til a partir de las piezas a trabajar, programar las mquinas de CN demecanizado por fresadora, electroerosin, taladrado ... e incluso la fabricacin de prototipos o deherramientas-rpidas mediante tcnicas STL.

Los materiales tambin se han mejorado siendo ms dctiles, de mejores propiedades mecnicas,algunos poseen recubrimientos fosfatados permitiendo mayores profundidades de embuticin ymenores rotura de chapa, algunos proceden de las siderurgias con zonas diferentes espesores ...

Mejoras de vida de los tiles mediante mejores lubricantes.

Los nuevos sistemas de produccin son ms flexibles ya que permiten el cambio automtico detroquel en funcin de los diferentes lotes de series de piezas que se deseen obtener.

Nuevos mtodos existentes para realizar de forma rentable series de piezas ms pequeas o seriesde piezas mayores con mayor precisin y acabado.

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TECNOLOGA MECNICA

2 #>"'1,'

P. Molera Sol, La deformacin metlica. Ed GPE 1996.

Neely, Materiales y procesos de manufactura. Ed. Limusa Noriega editores 1992.

Lasheras, J.M., Tecnologa Mecnica y Metrotecnia. Ed Donostiarra 1987.

P.M.Hernndez Castellano y M.D.Monzn Verona, Conformacin de la chapa. Ed. Universidad deGran Canaria. 1998.

J. Blanco A., Profundos conocimientos de matricera. Ed. Cedel 1977.

J. Beddoes y M.J.Bibby, Principles of metal manufacturing proceses, Ed Arnold 1999.

Tecnologa 2.1 Matricera y moldes. Ed. Bruo edeb 1978.

Otros:

Revista Deformacin metlica Ed. Elsevier.

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Mdulo 3. Moldeo de piezas metlicas

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TECNOLOGA MECNICA

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El proceso de fundicin o moldeo metlico consiste en fundir un metal e introducirlo, ya sea porgravedad o mediante presin, en una cavidad con la forma del objeto a fabricar de tal manera que alsolidificarse el metal obtengamos el objeto deseado.

Dicho proceso de denomina moldeo ya que los tiles que contienen la cavidad donde vertemos elmetal se les llama moldes.

El principio bsico en que se basa este proceso puede parecer a priori simple: Fundimos un metal,llenamos un molde y lo dejamos enfriar para obtener el objeto. Pero existen una serie de factores yde parmetros que debemos tener en cuenta para obtener unas piezas sanas, con las dimensionesdeseadas y con procesos econmicamente viables.

En el dibujo se muestra con un ejemplo particular como se moldea una pieza. Se vierte el metalfundido por el bebedero, en este caso por gravedad, hasta la cavidad del molde mediante loscanales de alimentacin. El molde en este caso consta de dos bloques para que sea ms fcil elmoldeo (realizar la cavidad) aunque como puede intuirse este molde deber destruirse para obtenerel slido resultante despus de la colada (existen moldes en que esto no es necesario.) Si se desearealizar un agujero o hueco en la pieza debe utilizarse un elemento slido, noyo, que no permita queel metal llegue a esa zona. A veces, dependiendo del material y del tipo de moldeo, se aaden a loscanales de alimentacin un depsito denominado mazarota que se llena en la colada con el metalfundente y que va aportando material a las cavidades de la pieza conforme estas se van enfriandoevitando as rechupes y poros internos en la pieza.

Muchas veces se utiliza el propio bebedero como depsito El slido obtenido consta en este caso dedos piezas y de los canales de alimentacin que deben separarse de estas, es lo que se denominadesbaste.

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TECNOLOGA MECNICA

Los talleres especializados donde se funden los metales, se desarrollan los procesos de moldeo y serealiza el desbarbado o limpieza de la pieza, se les conoce como fundiciones. Estas fundicionespodramos catalogarlas en dos grupos diferenciados: las de metales frreos y metales no frreos yambas acostumbran a trabajar para terceros. An as es comn encontrar ciertas fbricas dondetambin se realizan procesos de colada. En una fundicin se obtienen normalmente lingotes oformas. Dichos lingotes de acero o metales dctiles se transforman en piezas en otros talleres comoson los de forja o laminado.

Nos centraremos en el moldeo de formas, piezas en bruto, por diferentes procedimientos, proponiendoun mtodo de eleccin en funcin del tamao, material, precisin, forma y volumen de produccin delas piezas. Estas piezas en bruto obtenidas mediante moldeo deben acabarse en talleres demecanizado y tratamientos trmicos o superficiales. Es obvio que las superficies que deban estar encontacto con otras piezas o agujeros pequeos deben mecanizarse para obtener las piezas finales.As mismo algunas piezas se suelen recocer para eliminar tensiones internas, zincar etc.

Mazarota

Bebedero

Canal de alimentacin

Pieza

Piezas de aluminio obtenidas por fundicin con molde de arena .

%%$*

La principal ventaja del mtodo de moldeo es que la pieza adquiere directamente su forma definitivay slo debemos realizar tras el desbarbado, pequeos retoques para terminar la pieza. Muchaspiezas constituyen incluso por s mismas productos de consumo como piezas de instalacioneshidrulicas, calefaccin, sanitarios, mobiliario urbano

Es por ello que la tcnica de moldeo es ms econmica para piezas de geometra compleja tantoexternas como internas, permitiendo adems la libertad de diseo, respetando siempre lasrestricciones propias del proceso. Un ejemplo claro es el pensar como fabricaramos un bloque de unmotor o las canalizaciones interiores de una grifera mediante otro mtodo. Otra ventaja es que se

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pueden fabricar desde piezas muy pequeas de algunos gramos a piezas muy grandes de ms de100 Tn. Esta industria adems, como ya explicaremos, dispone de tcnicas muy variadas quepermiten la adaptabilidad, flexibilidad y la produccin en masa de grandes series con la minimizacinde despilfarro de material. Incluso en algunas tcnicas para aleaciones ligeras como en el moldeo apresin y a la cera perdida no es necesario el mecanizado posterior. Y quizs una caracterstica quele hace adquirir mayor importancia es que cualquier material que pueda fundirse es moldeable y esoincluye a todos los materiales tcnicamente importantes (incluidos materiales no metlicos tanimportantes como los polmeros). Recordar que en general las piezas obtenidas por fundicin sonmenos costosas que las forjadas, estampadas o soldadas.Existen, ciertamente, una serie de limitaciones respecto a las piezas obtenidas mediante procesosde moldeo como su porosidad, el no poder absorber grandes esfuerzos (como lo haran las piezas deforja), baja precisin dimensional, peor acabado superficial adems de los problemas que comportandichos procesos como riesgos de seguridad para trabajadores y repercusiones medio ambientales.Por otro lado debemos tener en cuenta los costes, los moldes de inyeccin deben tener acabadossuperficiales excelentes y deben resistir la corrosin por lo que se incrementa el coste para pequeasseries.

Algunas piezas obtenidas por fundicin metlica:

Bloques, esttors, pistones, poleas, camisas de cilindro, cajas de cambios, cabezas de motores,carcasas, volantes, culatas, carros portaherramientas, montantes, cojinetes, y bancadas de m-quinas

Productos domsticos y de edificacin: Elementos sanitarios, griferas, radiadores Instalaciones hidrulicas: Tubos, ruedas, labes en grandes series, bastidores de bombas, algunos

engranajes y levas Farolas, campanas, estatuas, tapas de alcantarillas Joyera, prtesis dentales

%+

A partir de los aos noventa debido a la exigencia, competitividad y a la globalizacin del mercado,que supone para la industria del moldeo elevar la productividad y calidad de sus productos as comola flexibilizacin de la produccin, aparecen una serie de mejoras y cambios radicales en las tcnicasde fabricacin.

Las grandes industrias como la de automocin se convierten en cadenas de montaje subcontratando aproveedoras como las fundiciones a quienes aaden a su cadena de valor. Se les exige el rediseode sus productos, reduccin de tiempos de entrega, reduccin de costes, pruebas y certificacin de losutillajes, fabricacin de pre-series, variedad de productos, mejora y verificacin de la calidad etc.Esto hace que a su vez que muchos de estos talleres dejen en manos de terceros, moldistas, el diseoy la calidad de los moldes y se dediquen nicamente a la fabricacin de piezas.

Los fundidores exigen a los moldistas:

Reduccin de costes y tiempos de fabricacin.

Precisin y calidad dimensional.

Moldes que permitan la produccin de series cortas de prototipos para rpidos tests y evaluaciones.

Facilidad de cambios y mejoras en el diseo.

Esto exige que los moldistas apliquen:

Tcnicas computerizadas lo que aporta la flexibilizacin del diseo, de la fabricacin y la reduccin detolerancias (CAD-CAM).

Tcnicas de simulacin del proceso (CAE) como del vaciado del molde y de la solidificacin.

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TECNOLOGA MECNICA

Confeccin rpida de prototipos, ahorro de tiempo de construccin de modelos, moldes e tiles(Rapid prototyping o Rapid tooling).

Nuevas tcnicas de fabricacin como la mecanizacin a alta velocidad y el pulido automtico. Formacin de sus trabajadores.

Las fundiciones aplican en sus empresas:

Automatizacin de grandes series tanto de moldes como de machos. Automatizacin de la limpieza de las piezas (Cortes de bebederos, repaso, limado y pulido de la

pieza.) Adopcin de hornos especiales para el llenado de moldes. Calidad de los materiales por fusin, aleacin e inoculacin. Uso de lubricantes y aislantes para la mejora de la calidad superficial. Dosificacin automtica de la colada. Automatizacin de la fabricacin de piezas en serie en aleaciones ligeras a presin o transferencia a

prestos. Mtodos de ensayo no destructivos como rayos X. Acabado automtico mediante CAD-CAM Ensayo de nuevas tecnologas tanto de simulacin Solid Freeform Manufacturing como de

fabricacin: Thixomoldeo o moldeo de aleaciones semislidas, Squeeze castingo moldeo pujante,moldeo integral etc.

Reingeniera de procesos para mejorar la calidad del trabajo invirtiendo en la confortabilidad deltrabajador (Polvo, humos, temperatura, ruidos ...). Adems se intenta ser respetuoso con el medioambiente como frmula de calidad total.

El empleo de estas tcnicas conlleva en ambos casos la modificacin de la organizacin y mtodosde produccin.

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En todos los procesos de moldeo existen una serie de etapas comunes que describiremos acontinuacin:

Normalmente en una primera fase el moldista a partir de la pieza que se desea obtener disea elmolde y los elementos de moldeo. Existen muchos factores que determinan el molde como elmaterial de fabricacin, el nmero de piezas, la calidad y precisin de la pieza a obtener ... A partirdel tipo de molde escogido se determinarn las dimensiones de la cavidad principal, partes y tipo demolde, elementos de moldeo como puedan ser el modelo, insertos, mazarotas, sistemas y entradasde alimentacin de material fundido, temperatura del material, enfriadores, noyos, sujetadores de

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noyo, cajas de noyo, tipo de colada. Es muy importante que el moldista calcule cual ser la velocidadde enfriamiento del material y si este llegar en condiciones a todas las partes de la pieza as mismodebe prever el desmoldeo y limpieza de la pieza. Tambin debe tener en cuenta los rechupes debidosa la contraccin de material, escape de gases y incluso el tipo de grano que se formar en zonas querequieran esfuerzos o haya desgaste mecnico. La conjuncin de tantos parmetros hace necesarioque el moldista se apoye en un sistema prueba y error o bien en una herramienta de simulacin.

Molde permanente de fundicin paramoldeo manual por gravedad

Otro aspecto a tener en cuenta es la fundicin del metal. Dependiendo del punto de fusin delmaterial y de su pureza se escoger el tipo de horno ya sea de fusin como de mantenimiento detemperatura y la forma como se llevar este material hasta el molde.

Una vez se ha diseado el molde se procede a fundir el metal mientras se prepara el molde. Estoconsiste en fabricarlo y slo se realiza en caso de moldes desechables. En caso de moldespermanentes este se fabrica una sola vez.

Tras tener el molde a punto se procede al moldeo vertiendo el metal fundido en el interior del molde.Esto puede hacerse por gravedad o aplicando cierta presin.

Al salir del molde el resultado es un slido que adems de la pieza sobredimensionada contiene losconductos de alimentacin de metal y en algunos casos otros elementos como puedan ser mazarotas.Es preciso cortar estas partes sobrantes. A este proceso se llama desbaste y se suele automatizarutilizando sierras radiales o tronzadoras con tiles de apoyo.

El siguiente paso es la limpieza de las superficies de arena incrustada, rebabas... mediante sistemascomo por ejemplo el arenado.Es muy importante realizar una inspeccin ya sea visual o por rayos X ... para despreciar o reciclarlas piezas defectuosas antes de realizar cualquier otra operacin. De hecho, en cada operacin serarecomendable una inspeccin visual.

Dependiendo del uso de la pieza esta debe tratarse trmicamente para mejorar sus propiedadesmecnicas.

Tras la anteriores etapas la pieza debe finalizarse mediante mecanizado y en algunos casos debetratarse qumica o elctricamente para conseguir un efecto anti-corrosin o de embellecimiento.

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TECNOLOGA MECNICA

Fabricacin de un grifo por moldeo por gravedad en coquilla. Cortesa de grifera TRES

%, -

Las fundiciones se especializan en funcin de los metales a fundir con que realizan las piezas o de lafinalidad de las piezas fabricadas. Dependiendo del material a colar, distingui

Procesos de Maquinado y Produccion de Acero

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