Tecnologías de Corte Industrial

Corte por Oxicorte

El corte se produce por una combustión literal del metal, no por fusión. La presencia de aleantes es crítica, ya que merman la capacidad del acero para ser quemado.

Requisitos para la combustión:

• Combustible: El hierro (Fe) a su temperatura de ignición de 870 °C.
• Comburente: Oxígeno (O₂) en una proporción del 87 % para quemar el Fe.
• Agente iniciador: El calor proporcionado por el soplete (870 °C).

La reacción de oxidación es altamente exotérmica, y la energía liberada ayuda a llevar las zonas colindantes a la temperatura de ignición para que el corte progrese.

Corte por Plasma

El plasma es el cuarto estado de la materia (gas ionizado), donde los electrones se separan del átomo, creando un ion cargado positivamente. Para formar el haz de plasma, se calienta un gas mediante un arco eléctrico en una cámara cerrada. El gas se dilata y escapa por una boquilla a muy alta velocidad.

Corte Láser

Se puede aplicar sobre láminas finas de metal, madera, plástico, tela o cerámica.

Tipos de corte láser:

1. Corte por Fusión Láser: El material derretido por el haz láser es expulsado usando nitrógeno, generando la ranura de corte.
2. Corte por Sublimación Láser: La alta intensidad del haz láser vaporiza el material directamente, utilizando generalmente un gas inerte para cortar.
3. Corte por Quemado Láser: El haz láser calienta el material hasta su temperatura de encendido. Se utiliza oxígeno como gas de corte.

Corte por Chorro de Agua

Consiste en un chorro de agua cuyo diámetro mide entre 1 y 2 milímetros, proyectado a una presión que supera los 4000 bares (más de 60 000 PSI), y que mezcla el chorro con una arena abrasiva (granate).

Procesamiento de Polímeros

Moldeo por Inyección y Soplado

El proceso de inyección requiere un husillo de plastificación cuya finalidad es la fusión y obtención de una masa homogénea del polímero con una capacidad de producción adecuada. El aporte calorífico se logra mediante bandas calefactoras y rozamiento interno (dependiente de la viscosidad y velocidad del husillo).

Pasos básicos del Soplado:

1. Fundir el material.
2. Obtener el precursor (preforma hueca).
3. Introducir el precursor en el molde.
4. Insuflar aire.
5. Enfriar la pieza.
6. Retirar la pieza.

Tipos de soplado:

• Extrusión-Soplado: Obtiene el 75 % de las piezas. Presenta velocidades de producción elevadas y bajos costos, pero produce recortes y tiene control limitado del espesor.
• Inyección-Soplado: El precursor se inyecta en una barra central. Controla bien el espesor y no produce recortes. Se usa para piezas pequeñas y tiene un costo de producción más elevado.
• Tensionado-Soplado: Cubre gran parte del 25 % restante.

Moldeo Rotacional (Rotomoldeo)

Es un método para transformar plásticos (generalmente en polvo) para obtener piezas huecas. El proceso consiste en introducir plástico frío (polvo o líquido) en la mitad de un molde. El molde se cierra y se hace rotar en torno a dos ejes (rotación biaxial) dentro de un horno. El plástico se funde y se adhiere a las paredes internas. Luego, se enfría la pieza mientras continúa la rotación y, finalmente, se extrae la pieza solidificada.

Metalurgia de Polvos

Sinterizado

Es un proceso que parte de material en polvo. Mediante la combinación de presión y temperatura se logra la unión de las partículas. El proceso genera puentes de unión por difusión de átomos entre partículas de polvo.

• La temperatura habitual es del orden del 70 % al 80 % de la temperatura de fusión.
• Se realiza siempre en atmósfera controlada (habitualmente reductora: hidrógeno, monóxido de carbono o amoniaco) para evitar la oxidación de las piezas.
• Se produce una contracción en la pieza durante el proceso de difusión en estado sólido.

Procesos de Conformado de Metales

1. Laminado (Rolling)

El laminado es un proceso fundamental en la ingeniería mecánica, relacionado con la producción de lingotes y bobinas. También se utiliza para obtener las secciones de algunas formas comerciales.

2. Embutido (Drawing/Deep Drawing)

El embutido es otro proceso central en la conformación de metales.

3. Extrusión (Extrusion)

Definición y Ventajas

La extrusión se define como un proceso de formado por compresión. En este proceso, el material de trabajo es forzado a través de la abertura de una matriz para dar forma a su sección transversal.

Este método genera oportunidades prácticamente ilimitadas para adaptar la forma de un producto, sirviendo como una solución técnica para mejorar sistemas, simplificar ensambles y reducir costos.

Tipos y Componentes

Se mencionan dos tipos principales de extrusión:

• Extrusión Directa.
• Extrusión Indirecta.

Los componentes principales requeridos para el proceso de extrusión son:

• Metal.
• Matriz.
• Prensa.

Aplicación en Aluminio

El aluminio es un metal relevante en el contexto de la extrusión. Una característica destacada del aluminio es que puede reciclarse con bajo consumo energético. Se estima que reciclar aluminio permite ahorrar el 95 % de la energía necesaria para producirlo. Además, la tasa de reciclaje del aluminio se estima entre el 85 % y el 90 %, dependiendo de su aplicación.

Procesos de Fundición

Características Generales del Proceso

El proceso se destaca por su versatilidad en cuanto al material de la pieza, su geometría, su tamaño y el tamaño de la serie de producción.

Limitaciones y Acabado: Generalmente, las superficies de las piezas obtenidas que estarán en contacto con otras, así como los agujeros de pequeños diámetros, requieren una terminación posterior que se realiza mediante distintos métodos de mecanizado. Las cotas funcionales a menudo requieren mecanizado posterior. Las limitaciones del proceso incluyen la precisión y el acabado, la productividad y la posibilidad de defectos en la pieza que resultan en poca fiabilidad mecánica.

Tolerancias y Contracción del Metal

El modelo y la pieza final no son iguales, ya que el modelo siempre es más grande que la pieza objetivo. El exceso dimensional se denomina tolerancia del modelo, que es la suma de los factores de contracción, desmolde y mecanizado.

Contracción del Metal

La contracción es un fenómeno característico que ocurre en tres etapas:

1. Contracción del líquido por reducción de la temperatura (Etapa 1).
2. Contracción por cambio de estado de líquido a sólido (Etapa 2 y 3).
3. Contracción del sólido por reducción de la temperatura (Etapa 4).

Durante la solidificación, especialmente en la Etapa 3, la porción central líquida queda restringida y, al proseguir la contracción, se genera un vacío por contracción, conocido como rechupe.

Compensación de la Contracción (Rechupe)

Los métodos de compensación incluyen la adición de coquillas y mazarotas.

• Mazarota: Es una prolongación de la pieza cuya misión es servir de reserva de aleación líquida. Debe compensar las pérdidas de volumen resultantes de las diversas contracciones. Idealmente, la mazarota debe quedar vacía al cumplir su misión, localizando en ella el rechupe. La mazarota provee el líquido necesario para compensar la contracción líquida.
• Coquillas (Enfriadores): Son porciones del molde de mayor conductividad térmica que inducen una solidificación más rápida en zonas específicas, buscando la ausencia de cavidades por contracción. Pueden ser internas (partes de composición similar al material vertido que quedan dentro de la pieza) o externas (piezas generalmente metálicas que extraen calor de zonas específicas).

Tipos de Procesos de Fundición

Fundición a Modelo Perdido (Lost Foam)

En este proceso, el molde es de arena, pero el modelo se pierde tras cada colada. El modelo se fabrica en poliestireno.

• Pasos: Fabricación del modelo en poliestireno, recubrimiento con refractario de alta calidad, recubrimiento posterior con arena sin aglutinante, compactación por vibración, colada y solidificación, y desmoldeo y acabado.
• Características: Reducción de costos y defectos por la eliminación de aglutinantes. Sin restricciones de forma (no son necesarios machos o superficies de unión). Amplia variedad de materiales de pieza (aunque hay algunos problemas al fundir acero). Un ejemplo es un bloque de 6 cilindros para motor fabricado en aluminio A356.

Fundición en Cáscara (Shell Molding)

Se utiliza un molde de arena muy preciso y en forma de cáscara (pocos mm de espesor).

• Pasos: Uso de arena de alta calidad con aglutinante químico. El endurecimiento de la arena ocurre en caliente, formando una cáscara al entrar en contacto con la placa modelo calentada. Luego se unen las dos mitades y se desmolda.
• Características: Proceso para piezas muy precisas, con tolerancias ajustadas, baja rugosidad y gran reproducción de detalles. Se puede usar cualquier material y es adecuado para piezas de pequeño tamaño.

Fundición a la Cera Perdida (Lost Wax / Investment Casting)

El molde también es de arena muy preciso y en forma de cáscara, pero el modelo, fabricado en cera, se pierde tras cada colada.

• Características: Permite la fabricación de piezas muy complejas (sin restricciones de diseño). Se utiliza para piezas muy precisas y de alto valor agregado, con la posibilidad de obtener un acabado superficial que no necesita mecanizado posterior. Es un proceso costoso. Un ejemplo es un álabe de turbina fabricado en superaleación de Níquel.

Fundición en Molde Permanente

Implica la utilización de moldes metálicos reutilizables.

• Características: Requiere largas series para amortizar el elevado costo de los moldes (obtenidos por mecanizado). Los tiempos y costos unitarios por pieza son bajos, y se logra una alta precisión. Se limita a materiales de bajo punto de fusión como el aluminio (Al), el zinc (Zn), entre otros.

Fundición Centrífuga

Este método utiliza un molde que gira a alta velocidad, y la fuerza centrífuga distribuye el metal fundido.

Ventajas y Desventajas:

• Ventajas: Mejor aprovechamiento del material, menos defectos (comparado con fundición por gravedad), exactitud en las dimensiones exteriores, menor tiempo de producción y mejores propiedades mecánicas.
• Desventajas: La densidad se concentra en la superficie exterior. El interior de las piezas suele contener impurezas. Se necesita una fuente energética para la rotación del molde.

Moldeo en Arena

El moldeo en arena es un proceso metalúrgico muy utilizado, ya que casi todos los metales pueden procesarse con este método. Su característica principal es el uso de moldes de arena para dar forma a piezas complejas de casi cualquier aleación.

Proceso Básico:

1. Se fabrica un modelo (réplica de la pieza deseada, pero ligeramente más grande para permitir la contracción).
2. Se coloca una caja de moldeo y se rellena con arena.
3. Se aplica presión a la arena para compactarla firmemente contra el modelo.
4. La arena compactada mantiene la forma exacta del modelo después de que este se extrae.
5. Se colocan núcleos o machos si es necesario.
6. Se cierra la sección superior del molde.
7. Se vierte el material fundido.
8. Una vez solidificada la pieza, se retira la arena, la cual puede ser reacondicionada y reutilizada muchas veces, requiriendo solo pequeños aportes de arena nueva, arcilla y agua.

El acabado superficial del moldeo en arena es normalmente relativamente áspero, por lo que es necesario un proceso de acabado final.

Moldeo con Arena Verde

Este es un proceso que utiliza mezclas de arena y bentonita con una cantidad moderada de agua. Esta mezcla se denomina arena verde debido a su contenido de humedad. La arena mezclada se compacta alrededor del patrón, tomando la forma del molde deseado, incrementando la presión y manteniendo la temperatura ambiente para asegurar la conformación durante la fundición.

Elementos de un Molde para Fundición en Arena:

Incluyen la arena de moldeo (arena, arcilla, agua), el modelo, las cajas superior e inferior, el bebedero, los canales y ataques, los machos, las portadas, las mazarotas y los enfriadores (coquillas).

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