Fundición y Deformación Plástica de Metales: Procesos Industriales Clave

Fundición

Ventajas y Desventajas de la Fundición

Ventajas:

• Permite la fabricación de piezas complejas.
• Capacidad de absorber vibraciones.
• Generalmente, no requiere operaciones posteriores extensas.

Inconvenientes:

• Características mecánicas inferiores a las obtenidas por forja.
• Posibilidad de porosidad en las piezas.

Tipos de Molde en Fundición

• Molde no permanente: Utiliza materiales como arena, yeso o cerámica.
• Molde permanente: Fabricado en metal (conocido como coquilla).

Fundición por Gravedad en Molde de Arena

Elementos del Molde de Arena:

• Semimolde superior e inferior.
• Bebederos o canales de alimentación.
• Mazarota (para compensar la contracción del metal durante la solidificación).
• Respiraderos para la evacuación de gases.

Propiedades de las Arenas de Moldeo:

• Refractarias.
• Plasticidad.
• Cohesión.
• Resistencia.
• Permeabilidad.
• Inertes químicamente.
• Finura y homogeneidad.
• Fácil disgregación tras la solidificación.

Proceso de Fundición en Molde de Arena:

1. Preparación del material.
2. Fusión del metal.
3. Colada en el molde.
4. Solidificación.
5. Desmoldeo (a menudo con sacudidores).
6. Limpieza de la pieza.
7. Tratamiento térmico superficial (si es necesario).
8. Inspección y verificación.
9. Obtención de la pieza final.

Inspección de Piezas Fundidas:

1. Ultrasonidos: Para la detección de grietas internas.
2. Magnaflux o Fluoscopia: Para la detección de grietas externas.
3. Radiología y Gammagrafía: Para la detección de grietas internas, rechupes y poros.
4. Percusión: Método para detectar grietas internas.
5. Prueba a presión: Para verificar la porosidad.

Defectos Comunes en Fundición y Soluciones:

1. Llenado incompleto: La colada se enfría antes de llenar completamente el molde. Solución: Aumentar la temperatura de colada.
2. Junta fría: Dos porciones de metal se unen en un punto estando demasiado frías. Solución: Aumentar la temperatura de la colada.
3. Rechupe: Defecto debido a la contracción del metal durante la solidificación. Solución: Uso de mazarotas.
4. Grietas: El molde impide la contracción natural del metal. Solución: Abrir el molde antes o usar arena más plástica.
5. Porosidades: No se permite la evacuación de gases. Solución: Enfriamiento lento, uso de moldes más porosos o adición de respiraderos.

Diseño de Piezas para Fundición:

• Paredes delgadas con nervios de refuerzo.
• Evitar flexión y tracción excesivas.
• Evitar puntos calientes (mantener espesores uniformes, evitar cruces).
• Cuidar las uniones (evitar ángulos agudos y cantos vivos).

Moldeo en Poliestireno Expandido (Molde de Espuma Perdida)

Combina el molde de arena con un modelo de espuma de poliestireno expandido, que se vaporiza al colar el metal fundido.

Moldeo en Cáscara (Shell Molding)

Consiste en un molde de cáscara de arena aglutinada con resina termoestable, con un espesor de 5-10 mm.

Colada Continua

El metal se vierte continuamente en un molde cristalizador enfriado, del cual se extrae un lingote de forma continua.

Fundición en Molde Metálico (Coquilla)

Ventajas:

• Aumento significativo de la producción.
• Buen acabado superficial de las piezas.
• Menor coste por pieza a gran escala.
• Menores sobreespesores.
• Facilita la automatización del proceso.

Inconvenientes:

• Coquillas de alto coste inicial.
• Requiere un diseño muy cuidadoso del molde.
• La forma de la pieza puede ser limitada.
• Posible aparición de grietas en las piezas.
• Diseño complejo de los respiraderos.

Fundición a Presión (Die Casting)

Ventajas:

• Rendimiento de producción elevado.
• Permite la fabricación de piezas complicadas.
• Superficies lisas y de alta calidad.
• Estructura de grano fino.
• Elevadas propiedades mecánicas.

Inconvenientes:

• Coste elevado de las coquillas.
• Posibilidad de porosidad interna.
• Dimensiones de las piezas limitadas.

Tipos de Máquinas de Fundición Inyectada:

1. Máquina de cámara caliente: Utiliza baja presión de aire comprimido y alta presión de émbolo.
2. Máquina de cámara fría: Utiliza alta presión de émbolo.

Fundición Centrifugada

La fuerza centrífuga rellena las cavidades del molde.

Ventajas:

• Gastos mínimos de metal en bebederos.
• Se evitan rechupes y porosidades.
• No requiere el uso de noyos.
• Especialmente útil para la fabricación de tubos.

Inconvenientes:

• Posibilidad de segregación de materiales.
• Inexactitud en las medidas.
• Gran sobreespesor en zonas interiores.

Deformación Plástica

Forja

La forjabilidad del acero aumenta al disminuir el porcentaje de carbono.

Ventajas:

• Grano fino (mayor resistencia y tenacidad).
• Estructura fibrada (mejores propiedades mecánicas).

Inconvenientes:

• Aparición de rebabas.
• Posibilidad de grietas o zonas con material duro.

Características de la Forja:

• Estructura fibrada.
• Temperatura final: Aproximadamente el 70% de la temperatura de fusión.
• Temperatura inicial: Temperatura de fusión - 50ºC.
• Temperatura de recristalización: 500-700ºC en caliente; 250-300ºC en frío.
• Reducción de forja: Relación entre la sección inicial y la sección final, que produce un afino de grano.

Recristalización:

Proceso que transforma los granos alargados en granos equiaxiales, eliminando tensiones internas y dislocaciones.

Proceso de Forja:

1. Preparación del material.
2. Calentamiento en horno de gas.
3. Cortadora.
4. Calentamiento para forja.
5. Forja y eliminación de rebaba.
6. Enfriamiento.
7. Tratamiento térmico.
8. Calibrado.
9. Inspección.

Clasificación según la Forma de las Matrices:

1. Forja libre.
2. Forja con estampas:
   • Matriz abierta.
   • Matriz cerrada.

Tratamientos Térmicos en Forja:

1. Revenido: Calentar la pieza templada para eliminar tensiones internas.
2. Recocido: Calentar la pieza y enfriar lentamente para aumentar la plasticidad, ductilidad y tenacidad.
3. Normalizado: Calentar, templar y revenir.
4. Disminución de dureza.

Calibrado:

Enderezado en frío mediante una ligera operación de compresión.

Operaciones de Forja Manual:

1. Estirado: Aumento de la longitud y disminución de la sección (en caliente).
2. Recalcado: Operación inversa al estirado, buscando que no se separen las fibras.
3. Punzonado: Permite obtener agujeros en la pieza (en caliente).
4. Ranurado: Permite obtener agujeros de gran diámetro en la pieza (en caliente).
5. Deguello: Cambio brusco en la sección de la pieza.
6. Soldadura: Por compresión.
7. Torsión: Para hélices, requiere calentar mucho para evitar grietas.

Extrusión

Proceso en el que el metal fluye a través de una boquilla a gran presión.

Tipos de Extrusión:

1. Extrusión en caliente:
   • Hacia adelante: Sin punzón perforador, con punzón.
   • Hacia atrás.
   Nota: La presión en extrusión hacia atrás es menor que en extrusión hacia adelante.
2. Extrusión en frío: Para materiales muy dúctiles, con temperaturas de trabajo entre 150-200ºC.

Fabricación de Tubos

1. Tubos volteados con costura: Una lámina plana se forma en tubo mediante un hombro formador y luego se suelda la costura.
2. Tubos sin costura:
   • Fundición centrífuga: Se deposita una capa de metal fundido en un molde giratorio.
   • Extrusión con punzón perforador.
   • Proceso Mannesmann: Dos rodillos inclinados respecto al eje axial comprimen el material.
   • Proceso Stiefel: A partir de lingotes, se calientan en un horno giratorio y se utiliza un rodillo de perforación.
3. Estirado de tubos: Incluye el laminador de paso de peregrino y el trefilado (estirado en frío).

Trabajo de Chapa

Características de las Piezas de Chapa:

• Mayor ligereza y resistencia.
• Evitan soldaduras.
• Piezas más económicas.
• Espesor uniforme.

Proceso de Trabajo de Chapa:

1. Bobina de chapa.
2. Corte inicial.
3. Limpieza y corte.
4. Embutición.
5. Corte de partes sobrantes.
6. Conformación (doblado, curvado).
7. Cortes de precisión y agujeros.
8. Uniones y montaje.
9. Proceso de pintado.

Operaciones Principales con Chapa:

1. Corte:
   • Punzonado: Corte único, cortes sucesivos (en planchas), corte simultáneo (para arandelas), corte con punzón de goma.
   • Cizallado: Separación sin arranque de viruta.
2. Doblado:
   • Doblado con punzón y estampa: Radio mínimo (Rmin) = espesor (e) para acero; Rmin = 0,4-0,5 · e.
   • Doblado con estampas de goma.
   • Doblado al aire.
3. Embutición.
4. Curvado.

Operaciones con Máquina de Rodillos:

1. Rebordeado.
2. Perfilado.
3. Agrafado.
4. Repulsado.

Tecnologías de Procesamiento de Plásticos

Ventajas:

• Gran variedad de formas posibles.
• Generalmente, no necesitan operaciones posteriores.
• Menos energía en el procesamiento.
• Baja densidad.
• No requieren acabado superficial complejo.

Inconvenientes:

• Menos resistentes a la tracción en comparación con los metales.
• Propiedades mecánicas sensibles a la temperatura.
• No todos los tipos de plásticos pueden reciclarse fácilmente.