TENDENCIAS MUNDIALES UTLIZANDO MATERIALES TRABAJADOSIntroduccinA nivel mundial hace ya muchos aos se reconoci la utilidad y la necesidad de tener nuevos materiales. A la luz de este reconocimiento se concibieron nuevos procesos de fabricacin, nuevas tcnicas de caracterizacin incluso nuevas disciplinas cientficas.Los nuevos procesos de fabricacin han permitido que hoy se dispongan de materiales con propiedades significativamente superiores a las de los materiales tradicionales.Estas propiedades han podido ser optimizadas precisamente gracias a que los nuevos mtodos de caracterizacin han permitido observar y entender una amplia variedad de fenmenos y predecir el efecto que el procesamiento tiene sobre la nano, macro y microestructura de los materiales (Guerrero , y otros, 2011)Que usos tuvieron los metales y como se fueron descubriendoA lo largo de la historia, la ciencia y la tecnologa han avanzado fundindose en una dinmica que han terminado atando el proceso de una de ellas a la evolucin de otra.Cabe decir que el la disponibilidad de nuevos materiales y procesos de fabricacin ha contribuido significativamente durante todas las etapas de desarrollo de la humanidad, llegando a convertirse en motor de la innovacin. Tan as que varios periodos histricos fueron bautizados usando el nombre del material ms representativo y ms utilizados en esos espacios de tiempo. Es as como las sociedades humanas atravesaron las edades de piedra de bronce y de hierro, hasta llegar a una era marcada por el silicio y materiales como los compuestos, los materiales inteligentes y los nanoestructurados.Despus de la era de la piedra, y del bronce aparece la edad del hierro, desde el 700A.C hasta el 100 D.C. En este periodo se descubre y populariza el uso del hierro como material para fabricar armas y herramientas.En algunas sociedades antiguas, necesarias para trabajar el hierro y otros metales y aleaciones se desarrollaron en forma simultnea con otros cambios tecnolgicos y culturales. Adems, al trabajar con hierro se pudo obtener uno de los materiales ms tiles y de mayor uso en el mundo el acero (Guerrero , y otros, 2011)El metalurgista ha adquirido importancia creciente en la tecnologa moderna, hace aos la gran mayora de las partes de acero se hacan con el metal de bajo contenido de carbono que pudieran moldearse y elaborarse fcilmente. Las nuevas aplicaciones tcnicas y los requerimientos de operacin de menor calidad han creado una necesidad continua de elaborar nuevas aleaciones.El campo de la metalurgia se a dividi en varias ramas, como metalurgia de procesamiento, metalurgia fsica, por su composicin qumica, por tratamiento mecnico, por tratamiento trmico (Avner, 1980)Los aceros al carbono son muy satisfactorios donde la resistencia y otros requisitos no son muy severos. Estos aceros se utilizan tambin con todo xito a altas temperaturas comunes y en atmosferas que no son altamente corrosivas, pero su templabilidad relativamente baja limita la resistencia que puede obtenerse, excepto en secciones relativamente delgadas.Un acero aleado puede definirse como aquel cuyas propiedades caractersticas se deben a algunos elementos diferentes del carbono. Aunque todos los aceros al carbono contienen moderadas cantidades de manganeso (hasta el 0,90%) y silicio (hasta el 0,30%) no se considera aleado por que la funcin principal del manganeso y el silicio es actuar como depositadores. Ellos se combinan con el oxgeno y el azufre, para reducir el efecto nocivo de dichos elementos. El propsito de aleacin de los metales son: Aumentar la templabilidad Mejorar la resistencia a temperaturas comunes Mejorar propiedades mecnicas a altas como bajas temperaturas Mejorar la tenacidad a cualquier dureza o resistencia mnima Aumentar la resistencia al desgaste Aumentar la resistencia a la corrosin Mejorar las propiedades magnticas.

Tcnicas de fabricacin convencionales

Procedimientos de fabricacinLa fabricacin de una pieza consiste en modificar una pieza en bruto, hacindola gradualmente desde su estado primitivo al de acabado cambiando su forma o las propiedades del material que se compone.Cuando ya no hay que modificar nada ms en la pieza, se la denomina pieza acabada.La subdivisin de los procedimientos de fabricacin se deduce de los conceptos de cohesion (Appold, Feiler , Reinhard , & Schmidt, 1984), de las partculas del material y la unin entre los elementos componentes.La formacin de los brutos consiste en optener un cuerpo solido a partir de un material amorfo establesiendo su coecion. Comprende entre otras cosas, el moldeo de metales, masas cermicas y plsticos, el prensado de resinas sintticas, el dar forma a las piezas por medio de depsitos electrolticos etc.

Conformar

Es fabricar mediante la modificacin por dificultad (plstica) de la forma de un cuerpo slido. Comprende, entre otras cosas, la conformacin por presin (extrusin, forja, laminado), la conformacin por comprensin-traccin, (embuticin, trefilado), la conformacin por traccin (estirado) y la conformacin por plegado.

La modificacin de las propiedades del material por medio de la transposicin de partculas. Corresponde, entre otros, los procedimientos en que se modifica la estructura interna del material como, por ejemplo, el endurecimiento o temple, el revenido, el laminado de compactacin, la magnetizacin entre otros.

Cortar es fabricar modificando la forma de un cuerpo solido reduciendo la cohesin. Hay que distinguir entre divisin, o sea, separacin total, entallada, hendida y rotura, arranque de viruta, es decir, separacin de partculas del material (virutas) por medio mecnicos, como en el torneado, taladrado, rectificado limado y aserrado; arranque e partculas por medios trmicos, como, el oxicorte; el desmontaje de piezas antes unidas como , por ejemplo, el desatornillado y desmontaje por presin, la limpieza de piezas por medios tales como el cepillado, el chorro de arena, el lavado y el decapado. Comprende tambin la separacin de partculas del material como por ejemplo, la descarburacin del acero.

Unir es juntar piezas por yuxtaposicin (insercin, enganche), por ajuste y engarce (enchavetado, atornillado, contraccin), por formacin de brutos (unin por prensado) por conformacin (rebordeado, solape, roblonado) o por unin entre materiales (soldadura, soldadura blanda, pegado).La agregacin de partculas al material, por ejemplo, nitrgeno modifica sus propiedades.

El recubrimiento consiste en aplicar a la pieza que se trabaja una capa de material adherente (aplicacin de materiales por pintura, vaporizacin soldadura de recargue, galvanizacin, proyeccin trmica. (Appold, Feiler , Reinhard , & Schmidt, 1984)Procesos no convencionalesEl empleo de materiales duros y difciles de mecanizar (superaleaciones, materiales compuestos y cermicas), debido a sus excepcionales propiedades tecnolgicas, se encuentra muy extendido dentro de diversos sectores como el moldista, el aeronutico o el mdico. Debido a sus buenas propiedades y comportamiento en las aplicaciones ms exigentes, su transformacin y procesado presentan problemas que limitan la precisin y elevan los costes de produccin. Por esta razn, en los ltimos aos, el mecanizado de este tipo de materiales de una manera eficiente se enmarca dentro de los objetivos planteados por las empresas en el campo de la innovacin tecnolgica., sin olvidar la obtencin de procesos ms ecolgicos para cumplir las normativas medioambientales cada vez ms estrictas. (Gonzalo, Quintana, Maiztegi, & Sanz , 2010 )Tendencias actualesEl proceso de conformado electromagntico es uno de los procesos de alta velocidad ms atractivos que ha alcanzado importantes aplicaciones industriales en el conformado de metales. Hecho constatado mediante la realizacin del estudio de familias de patentes de entre las publicadas en los ltimos 4 aos (2008 a 2011), que aluden a los trminos conformado electromagntico y que estn incluidas dentro de los epgrafes sobre procesos y operaciones mecnicas de productos metlicos (chapa, tubo, alambre, perfiles, etc.) Mediante el anlisis de las citadas familias de patentes se puede apreciar que pese a estar bastante extendida dicha tecnologa a nivel industrial, esta continua su avance protegindose nuevos desarrollos tanto para la mejora del proceso en s, como en la obtencin de dispositivos especficos para la produccin de piezas especficas.

Del anlisis realizado, se advierte como China es el pas lder con prcticamente un 36% de las familias publicadas en el periodo estudiado. Siguindole Japn pero a mayor distancia, con aproximadamente un 20% sobre el total de las familias analizadas. A continuacin y ya alejados de estos dos se encuentran Estados Unidos yAlemania con entorno al 10% de las familias y por ltimo, dentro de este grupo de pases, con una actividad reseable en este campo, se encuentra Corea con algo menos de un 10%.

En cuanto a la tendencia de la actividad en relacin con la proteccin de mtodos y dispositivos relacionados con la tecnologa en cuestin, para los casos tanto de China como Japn ha ido en aumento hasta 2010. Siendo reseable el caso de China que en2010, experiment un fuerte aumento. Pero en ambos casos la actividad a fecha de cierre del informe ha experimentado un notable descenso. Para el caso del resto de los pases citados, 2009 fue el ao en que termin el aumento de la actividad relacionada con la proteccin de los conocimientos comenzando un descenso gradual a fecha de cierre del informe.

Segn la tipologa de los solicitantes resulta significativo el hecho de que haya familias que procedan de universidades o centros de investigacin y no solo de empresas, como suele ocurrir en el caso de tecnologas ms maduras, lo que denota que es una tecnologa con nuevas posibilidades de aplicacin. Muchas de las patentes se refieren a mejoras sobre el proceso mientras que otras muchas son mtodos o incluso dispositivos especficos para piezas especficas o un material determinado.

Al igual que en el caso de las tecnologas contempladas anteriormente, la mayora de las empresas que continan investigando en relacin con este tipo de proceso, son grandes corporaciones que operan a nivel mundial, con miles de empleados y centros o unidades especficas de I+D. Las principales empresas con actividad dentro de este campo estn vinculadas al sector de los materiales, la maquinaria industrial y de construccin, microelectrnica, as como al de automocin.

Se han identificado familias de patentes cuyos solicitantes, de origen espaol, operan en el sector de la automocin.

Cada vez ms se demandan procesos que mejoren la formabilidad de los materiales con el fin de obtener tolerancias dimensionales muy ajustadas. Procesos de alto rendimiento productivo y de mayor flexibilidad de fabricacin. A su vez tambin se demandan productos finales con mejor acabado superficial y mayor rendimiento tcnico

Flujos de trabajo en el desarrollo de productos de perfilado. Modelo tradicional (Izq.) y modelo avanzado que incluye simulacin mediante elementos finitos (Dcha.).

Las empresas interesadas por la tecnologa en cuestin estn relacionadas con la industria automotriz, siendo todas ellas fabricantes de automocin o empresas proveedoras de productos y materiales para la citada industria.

Cada vez ms la industria de la automocin demanda componentes ms ligeros, con el mismo rendimiento tcnico, lo que contribuye a la reduccin de peso y mejora de la seguridad de los automviles.

Mediante esta tecnologa se puede obtener lmina de acero para su posterior conformado a presin que combine varios grados y espesores diferentes y revestimientos diferentes, las distintas partes se unen mediante soldadura, con el fin de obtener el mejor material con el espesor adecuado, adaptado a un requisito especfico (mayor resistencia, mejor resistencia a la corrosin, etc.).

La utilizacin de esta tecnologa permitira lograr avances significativos en un sector como el de automocin, cuyo objetivo de disminuir el consumo de combustible, aumentando al mismo tiempo la seguridad, le llevan a desarrollar componentes de acero cada vez ms ligeros, sin prdida de sus propiedades iniciales.

En general, en el sector de la fundicin las tecnologas han ido evolucionando paralelamente a los requisitos establecidos por parte de los principales sectores clientes. As, estos nuevos requisitos han supuesto la necesidad de adaptar los procesos tradicionales de fundicin a nuevas aleaciones y a nuevos materiales, como es el caso de los Materiales Compuestos de Matriz Metlica. Adems, en los ltimos aos tambin se estn incorporadas nuevas tecnologas que permiten hacer mejorar los procesos de fundicin, aportando mayor flexibilidad y adaptabilidad al mismo tiempo que contribuyen a aumentar la competitividad de las empresas, como es el caso de las tecnologas de plasma. Estos desarrollos pueden suponer una alternativa a los tradicionales procesos de fundicin o pueden complementarlos, por ello, su desarrollo es constante abriendo la puerta a nuevas investigaciones y desarrollo de patentes.

Las tendencias tecnolgicas podran ser tan numerosas y variadas como los materiales y los procesos utilizados en el sector de la fundicin.

Tecnologas de plasmaTecnologas de fundicin near-net-shapeInfiltracin con presin (Squeeze Casting) para materiales avanzados y compuestos por citar algunas tecnologas.

MECANIZADO

Los materiales de partida de las piezas mecanizadas cada vez sern de mayor valor y ms difciles de mecanizar, especialmente por su dureza. Una de las caractersticas ser que las geometras sean cada vez ms complejas y se necesitar ms precisin.

Para ello, sern necesarias operaciones ms complejas sobre piezas de mayor valor aadido. Por ello ser necesaria la adopcin de nuevos procesos no convencionales de mecanizado o la utilizacin de mquinas que faciliten la realizacin de operaciones sencillas y complejas en una sola mquina.

BibliografaAppold, H., Feiler , K., Reinhard , A., & Schmidt, P. (1984). Tenologia de los metales . Barcelona : Reverte.Avner, S. (1980). Introduccin a la metalugia Fisica. Mxico: Mc - Graw Hill.Gonzalo, O., Quintana, I., Maiztegi, I., & Sanz , C. (2010 ). Nuevas tendencias para el mecanizado. METALMECNICA, 21- 22- 23.Guerrero , V., Davila , J., Pontn , P., Galeas , S., Rosas , N., Sotomayor , V., y otros. (2011). Nuevos Materiales . Quito: Imprefepp.