Tratamientos Térmicos y Técnicas de Mecanizado

Tratamientos Térmicos

Los tratamientos térmicos consisten en un calentamiento controlado de los metales hasta alcanzar una temperatura determinada y un posterior enfriamiento del material en un tiempo adecuado, logrando modificar así la estructura interna de los materiales y, por lo tanto, sus características y propiedades.

Estados Alotrópicos del Hierro

El término alotrópico significa que el mismo elemento puede presentarse con estructuras cristalinas diferentes. Si estudiásemos el hierro puro, diríamos que experimenta una serie de transformaciones alotrópicas al enfriarse desde su temperatura de solidificación, 1539 ºC, hasta la temperatura ambiente o al calentarse desde la temperatura ambiente hasta su estado líquido. En concreto, podemos distinguir cuatro estados alotrópicos:

• Hierro alfa (α).
• Hierro beta (β).
• Hierro gamma (γ).
• Hierro delta (δ).

Recocido

Es un tratamiento térmico que persigue ablandar el material, homogeneizar la estructura, afinar el grano, eliminar la acritud, facilitar el mecanizado, eliminar las tensiones internas…; en definitiva, diremos que el recocido “dulcificará” el material.

Temple

Tiene como finalidad aumentar la resistencia y la dureza del material. Diremos que el temple consiste en calentar un material a la temperatura suficiente para que se transforme en austenita y, una vez en este estado, enfriarlo suficientemente rápido para transformar la austenita en martensita.

Revenido

Podemos considerarlo como un tratamiento complementario al temple. Se emplea para eliminar las tensiones residuales y disminuir la fragilidad en los aceros templados; en definitiva, mejorar la tenacidad.

Procedimiento del Revenido

Calentaremos la pieza templada a una temperatura inferior a A1, manteniéndola un tiempo más o menos prolongado en función de la forma de la pieza y del tipo de acero. Seguidamente, se vuelve a enfriar.

Cementación

Con este proceso aumentaremos la concentración de carbono en la superficie de la pieza. Para lograrlo, se calentará la pieza hasta la temperatura de austenización, en presencia de un producto rico en carbono. Este carbono se irá difundiendo en el acero, profundizando progresivamente.

Nitruración

Se trata de aportar nitrógeno a la superficie de un acero, consiguiendo endurecerlo superficialmente. El proceso consiste en calentar la pieza entre 500 y 525 ºC, en presencia de una corriente de gas de amoniaco. El período de exposición varía entre las 24 y las 96 horas; por lo tanto, es una exposición larga.

Cianuración

En este método enriqueceremos la capa superficial con carbono y nitrógeno. Podemos decir que es una mezcla de cementación y de nitruración.

Electroerosión

Tipos de electroerosión:

• Electroerosión por penetración (EDM).
• Corte por electroerosión con hilo (WEDM).
• Rectificado por electroerosión.

Electroerosión por Penetración

Esta forma de electroerosión es la más universal. Se basa en el avance continuo y servocontrolado de un electrodo-herramienta que penetra en el electrodo-pieza en presencia de un líquido dieléctrico.

Corte por Electroerosión con Hilo

La diferencia básica entre el corte por electroerosión y la electroerosión por penetración es que la forma del electrodo no influye directamente en la forma de la pieza a obtener, ya que lo único que se pretende es realizar un corte en la pieza y no obtener una copia con la forma del electrodo. En la electroerosión por hilo, un CNC controla el movimiento relativo entre el hilo y la pieza. El hilo es de diámetro pequeño, normalmente de 0,25 a 0,3 mm, aunque los diámetros pueden reducirse hasta valores de 0,025 mm en aplicaciones de micromecánica.

Rectificado por Electroerosión

En esta forma de electroerosión se produce un movimiento de rotación del electrodo, con lo que el comportamiento se asemeja a una operación de rectificado convencional, pero el arranque del material se realiza mediante descargas eléctricas, sin contacto directo entre el electrodo y la pieza.

Fundamentación de la Electroerosión

Este procedimiento se basa en la propiedad del arco eléctrico, cuando salta entre el polo positivo y negativo de una fuente de corriente continua, de arrancar pequeñas partículas de dimensiones de 10 a 300 micras. Durante el proceso de electroerosión, la pieza y el electrodo se sitúan muy próximos entre sí, dejando un hueco que oscila entre 0,01 y 0,05 mm, por el que circula un líquido dieléctrico (normalmente aceite de baja conductividad). Al desaparecer el aislamiento del dieléctrico, salta la chispa, incrementándose la temperatura hasta los 20.000 °C, vaporizándose una pequeña cantidad de material de la pieza y el electrodo, formando una burbuja que hace de puente entre ambas.

Parámetros de la Electroerosión

• Tiempo de impulso (ti): También denominado en la literatura anglosajona como on-time. Es la duración del tiempo (expresado en µs), por cada ciclo, en el cual se permite el paso de la corriente eléctrica.
• Tiempo de pausa (t0): También denominado en la literatura anglosajona como off-time. Se define como la duración del tiempo (expresado también en µs) que transcurre entre dos chispas o descargas consecutivas.
• Gap: Es la distancia entre el electrodo y la pieza durante el proceso de electroerosión.

Ventajas de la Electroerosión por Penetración

• Al no generar fuerzas de corte como en los procesos de mecanizado, torneado, taladrado, etc., resulta aplicable para materiales frágiles.
• Se pueden producir agujeros muy inclinados en superficies curvas sin problemas de deslizamiento, así como de elevada relación de aspecto (cociente entre la longitud y el diámetro), es decir, con pequeño diámetro y gran profundidad, imposibles con un taladro convencional.
• Al ser un proceso esencialmente térmico, se puede trabajar cualquier material mientras sea conductor.
• Las tolerancias que se pueden obtener son muy ajustadas.
• Es un proceso de fabricación único para lograr complejas configuraciones que son imposibles de otra forma.

Sistemas de Limpieza en Electroerosión

• Limpieza interior por presión.
• Limpieza interior por aspiración o por succión.
• Limpieza exterior con lanza.
• Limpieza por inmersión.

Máquinas Especiales

Mandrinadora

La mandrinadora es una de las máquinas más versátiles que se pueden emplear en el mecanizado. Presenta similitudes con los trabajos que se pueden desarrollar en la fresadora, en el torno o incluso en una taladradora. Las precisiones de mecanizado obtenidas son buenas, utilizándolas habitualmente en trabajos de responsabilidad.

Mortajadora

La mortajadora es una máquina utilizada principalmente en la ejecución de ranuras interiores, como son los chaveteros de los cubos de las poleas o de las ruedas dentadas.

Brochadora

El brochado es la operación por arranque de viruta que desarrolla una máquina llamada brochadora, mediante una herramienta que recibe el nombre de brocha. Esta herramienta se deslizará por el interior de un agujero, previamente taladrado y con un avance continuo. Debido a los filos cortantes y progresivos que presenta la brocha y que van arrancando el material, se logrará darle una forma determinada.

Equipos de Mecanizado por Ultrasonidos

La base fundamental de este método es el desgaste del material por medio de la acción de partículas abrasivas, que se encuentran en suspensión líquida, y que son proyectadas por una vibración ultrasónica producida por un útil denominado punzón o sonotrodo, que avanza con una pequeña presión sobre la pieza. La pieza que se va a trabajar estará en contacto con el fluido que contiene las partículas abrasivas; estas son accionadas por el punzón que oscila perpendicularmente a la cara para mecanizar.

Oxicorte

La técnica del oxicorte se presenta como un procedimiento auxiliar, mediante el cual se pueden cortar metales mediante su combustión en presencia de un chorro de oxígeno.

Ventajas:

• Baja inversión y bajo coste de operación.
• Capacidad de corte de espesores grandes.
• Empleo de varias antorchas al mismo tiempo.
• Es una buena opción cuando las piezas tienen que pasar por otros procesos de fabricación.

Inconvenientes:

• Baja velocidad de corte.
• Amplia zona afectada térmicamente.
• Limitación del tipo de materiales a cortar.
• Las tolerancias son más amplias con respecto a otros procesos como pueden ser láser, plasma o chorro de agua.

Plasma

Originalmente, el corte por plasma se desarrolló para poder cortar los materiales que, por su composición química, no podían cortarse con oxicorte.

Ventajas:

• Máxima flexibilidad al cortar todos los materiales conductores de la electricidad.
• Grandes velocidades de corte en chapas de espesor delgado y medio (hasta 10 veces mayores que con el oxicorte).
• Velocidades de corte más elevadas que con el láser en materiales de medio y gran espesor.
• Corte con una o varias antorchas.
• Los materiales cortados no requieren prácticamente retoques (sin rebaba).
• No existe alternativa para cortar aceros de alta aleación y materiales de aluminio de medio y gran espesor.
• La zona de afectación térmica es pequeña.
• El corte por plasma bajo agua produce una deformación mínima de las piezas y menor nivel de ruido en el entorno de trabajo.

Inconvenientes:

• Rango limitado de espesores de chapa (actualmente, de 0,5 mm a 200 mm).
• El ancho de corte algo mayor que en el corte por láser.
• Se requiere una inversión inicial elevada.

Corte por Láser

El empleo del láser es la operación de corte que se basa en convertir, mediante espejos, la energía eléctrica en un haz luminoso concentrado y alineado, de un espesor muy reducido, llegando a los 0,2 mm. Gracias a eso, se logra eliminar el material por desgaste y vaporización.

Ventajas:

• Elevada precisión en chapas de espesor reducido.
• Corte de orificios muy pequeños, piezas estrechas, geometrías con ángulos muy agudos; fabricación de piezas con perfiles complejos.
• Muy buenas posibilidades de automatización.
• Aporte de calor muy reducido, no hay deformación de las piezas.
• Anchura de la vía de corte muy reducida (de 0,2 a 0,4 mm).
• Elevada velocidad de corte en chapas de pequeño espesor.

Inconvenientes:

• Costes de inversión y de explotación elevados.
• Rango limitado de espesores de la chapa (acero de construcción: 20/25 mm, acero de alta aleación: 15 mm, aluminio: 10 mm).
• No resulta rentable para lotes pequeños.
• En chapas de espesor medio, no se obtiene una superficie de corte lisa en su totalidad.
• Exige controlar la distancia a la pieza con alta precisión.
• La estabilidad del proceso disminuye al cortar materiales de superficie reflectora.