PROCESO DE CONFORMADO

PROCESO DE CONFORMADO

Los procesos de conformado de metales comprenden un amplio grupo de procesos de manufactura, en los cuales se usa la deformación plástica para cambiar las formas de las piezas metálicas. En los procesos de conformado, las herramientas, usualmente dados de conformación, ejercen esfuerzos sobre la pieza de trabajo que las obligan a tomar la forma de la geometría del dado. Debido a que los metales deben ser conformados en la zona de comportamiento plástico, es necesario superar el límite de fluencia para que la deformación sea permanente. Por lo cual, el material es sometido a esfuerzos superiores a sus límites elásticos, estos límites se elevan consumiendo así la ductilidad.

CONFORMACIÓN POR MOLDEO:

 El moldeo llamado también fundición o colada, es un proceso de conformación basado en la fusión de los metales. Consiste en una serie de operaciones mediante las cuales se obtiene un hueco o molde de arena, metal o material refractario, que reproduce la forma de la pieza que se desea fabricar, en el cual se vierte o cuela el metal fundido dejándole enfriar hasta que solidifica completamente.

Como proceso tecnológico, su principal ventaja consiste en que con él se pueden fabricar con facilidad y economía piezas de forma muy complicada, como bloques de cilindros, culatas de motores de explosión, carburadores, bancadas de máquinas-herramienta, etc. que son muy difíciles o imposibles de obtener por otros métodos.
Permite además el empleo de metales y aleaciones que no son aptos para el conformado por deformación o soldadura, como la fundición gris.

OPERACIONES FUNDAMENTALES DE LA CONFORMACIÓN:

Para realizar este proceso son necesarias tres clases de operaciones fundamentales:

1. Operaciones de fusión: La fusión de metales y aleaciones se realizan en distintos tipos de hornos, cada uno de los cuales es adecuado para cada metal o aleación, a temperaturas comprendidas entre ciertos límites mayores que una temperatura mínima, para que el metal fundido tenga fluidez y menores que una temperatura máxima para evitar el quemado del metal y la pérdida del mismo por vaporización o por oxidación.
Muchas veces esta operación no se limita a la fusión del metal, sino que en ella se elabora la aleación al mismo tiempo que se funde, como por ejemplo, la fundición de hierro, en la cual se adiciona a la cuchara los elementos de aleación.

2. Operaciones de moldeo y desmoldeo: Comprende en primer lugar la preparación del molde que puede ser de arena, metálico, etc.

 3. Operaciones de acabado: Se procede a limpiar de arena las piezas y a romper los conductos por donde se ha metido el metal y que han quedado adheridos a la pieza, y ya queda o totalmente terminada o preparada para el mecanizado posterior.
Para la preparación del molde de arena, hay que hacer una reproducción de la pieza que se desea fabricar, que se llama modelo.
Después se coloca este modelo, en una caja de moldeo se llena de arena y se apisona fuertemente, se retira el modelo posteriormente y queda el hueco de la pieza a reproducir.
A estos moldes de arena se les llama moldes perdidos, a los de materiales refractarios se les llama moldes semipermanentes y a los moldes metálicos, moldes permanentes.
Una vez hecho el molde se vierte el metal fundido en una operación que se llama colada, y una vez enfriado el metal, se abre o rompe el molde y se sAca la pieza, esta operación se le llama desmoldeo.

METALES O ALEACIONES APTOS PARA SER CONFORMADOS POR FUNDICIÓN:

 Los metales y aleaciones que normalmente se conforman por fundición son las de hierro, cobre, aluminio, magnesio, cinc y aleaciones antifricción.
Aunque teóricamente se pueden moldear cualquier metal, normalmente sólo se moldean las más adecuadas. Existen incluso aleaciones concebidas especialmente para ello, como casi todas las de cobre.

Las características deseables en los metales para ser conformado por moldeo son las siguientes:

1. Baja temperatura de fusión para ahorrar combustible.
2. Bajo calor latente de fusión para ahorrar combustible.

3. Baja tensión superficial para que la reproducción del molde sea perfecta.

4. Bajo coeficiente de dilatación, en estado líquido e intervalo de temperaturas de solidificación lo más reducido posible para que la concentración del metal sea la mínima posible.

5. Bajo coeficiente de dilatación en estado sólido, para reducir el peligro de aparición de grietas durante el enfriamiento.

6. Alta colabilidad, (actitud del metal para llenar el molde).

7. Alta densidad para que el propio peso del metal contrarreste la falta de fluidez y la tensión superficial.

HORNOS PARA FUNDIR METALES:

 Los hornos son unos dispositivos que se emplean en el moldeo para suministrar al metal el calor necesario para fundirlos y sobrecalentarlos hasta la temperatura más conveniente para la colada. Los hay de diferentes formas y tamaños desde los que se emplean para fundir unos gramos hasta los que funden cientos de toneladas. En el momento de elegir el horno más adecuado para un proceso de fundición deben tenerse en cuenta los factores siguientes:

A. Cantidad de calor necesario.

B. Composición y temperatura de colada del metal.

C. Velocidad de fusión o cantidad de metal fundido por unidad de tiempo.

D. Grado de pureza que requiere el metal fundido.

E. Coste inicial del horno.

F. Coste básico de la operación.
G. Coste relativo de mantenimiento y reparación.
H. Disponibilidad y coste relativo de los distintos combustibles de la localidad.
I. Nivel de ruido y contaminación que produce en la atmósfera.
J. Tipo de vertidos.

Podemos clasificar los hornos de fusión atendiendo a la naturaleza de la fuente calorífica y al grado de contacto entre el metal, el combustible y sus productos de combustión en los siguientes tipos:

Hornos de combustible: Emplean combustibles sólidos, como carbón vegetal, madera, hulla, carbón de cock(coque), antracita, etc. Combustibles líquidos, como gasolina, gasoil, etc. O combustibles gaseosos, como gas natural, butano, etc. El calor procede de la energía desprendida en la reacción con el oxígeno de los elementos combustibles, carbono, hidrógeno o azufre.

Los hornos de combustibles podemos subdividirlos en los grupos:

- Hornos en los que el metal no está en contacto ni con el combustible ni con les gases de la combustión, a este grupo pertenecen los hornos de crisol.

- Hornos en los que el metal está en contacto con el combustible y con los gases de la combustión, el horno más representativo de este grupo es el cubilote.

- Hornos en los que el metal está en contacto con los gases de la combustión pero no con el combustible, a este grupo pertenecen los de reverbero.

Convertidores: No son en realidad hornos de fusión, más bien pueden considerarse como hornos de afino, ya que en ellos se introduce arrabio, (producto de la primera fusión del mineral de hierro, es el hierro más o menos puro) previamente fundido y por combustión de las impurezas de carbono, silicio, manganeso se transforma en acero.

Hornos eléctricos: Están basados en la transformación de la energía eléctrica en calorífica por efecto Joule. Estos hornos tienen grandes ventajas, pero su principal inconveniente es su elevado coste de este tipo de energía.

Los hornos eléctricos pueden subdividirse:

1. Hornos por resistencia; que a su vez pueden ser metálica, no metálica o por electrodo radiante.
2. Hornos de arco, que emplean el arco eléctrico y pueden ser de arco directo o arco indirecto.
3. Hornos de inducción que pueden ser de alta, media y baja frecuencia.

Temperatura de fusión de los metales.
Metal	Temperatura	Metal	Temperatura
Estaño	232ºC	Cobre	1090ºC
Plomo	327ºC	Niquel	1452ºC
Zinc	419ºC	Cobalto	1490ºC
Magnesio	649ºC	Hierro	1539ºC
Aluminio	658ºC	Cromo	1550ºC
Plata	960ºC	Platino	1764ºC
Oro	1063ºC	Tugsteno	3400ºC

CONFORMADO POR DEFORMACIÓN

En todos los procesos de fabricación de este tipo, la masa del material y su volumen permanecen constantes. En todos ellos se modifica la forma de la pieza al aplicar fuerzas externas.

Las ventajas más significativas de estos métodos de conformación son el que no se pierde material y se pueden obtener piezas con formas muy diversas, el proceso se puede llevar a cabo en frío o en caliente.

Es el método más barato y eficiente para fabricar productos alargados de sección transversal constante a lo largo de todo el producto.

Se puede realizar en frío o en caliente.

En frío es necesaria más energía para realizar la deformación, ya que el material en frío no se deforma con facilidad, pero las propiedades de los materiales deformados en frío son significativamente mejores que en caliente, y además el grado de acabado superficial en la deformación en frío es significativamente mejor que en caliente, tal es así que las piezas laminadas en frío no suelen tener que sufrir un proceso de acabado en cambio las laminadas en caliente suelen requerir un acabado final.

En el proceso de conformado por deformación en caliente el lingote colado, las palanquillas o tochos se calientan a una temperatura entre los 900°C y los 1.200°C, con el fin de proporcionar ductilidad y maleabilidad para facilitar la reducción de área a la que se va a someter. A continuación se hace pasar el material entre una serie pares de rodillos metálicos superpuestos, que giran en sentido contrario y lo comprimen dándole la forma y tamaño deseados.

 

CONFORMADO POR FORJA

Es un proceso de fabricación de objetos conformado por deformación plástica que puede realizarse en caliente o en frío y en el que la deformación del material se produce por la aplicación de fuerzas de compresión.

Este proceso se utiliza para dar una forma y unas propiedades determinadas a los metales y aleaciones a los que se aplica mediante grandes presiones. La deformación se puede realizar de dos formas diferentes: por presión, de forma continua utilizando prensas, o por impacto, de modo intermitente utilizando martillos pilones.

Hay que destacar que es un proceso de conformado de metales en el que no se produce arranque de viruta, con lo que se produce un importante ahorro de material respecto a otros procesos, como por ejemplo el mecanizado.

Tipos de Conformado por Forja:

Conformado por Forja Libre: Es el tipo de forja industrial más antiguo, este se caracteriza porque la deformación del metal no está limitada (es libre) por su forma o masa. Se utiliza para fabricar piezas únicas o pequeños lotes de piezas, donde normalmente éstas son de gran tamaño. Además este tipo de forja sirve como preparación de las preformas a utilizar en forjas por estampa. También puede encontrarse como forja en dados abiertos.

Conformado por Forja con estampa: Este tipo de forja consiste en colocar la pieza entre dos matrices que al cerrarse conforman una cavidad con la forma y dimensiones que se desean obtener para la pieza. A medida que avanza el proceso, ya sea empleando martillos o prensas, el material se va deformando y adaptando a las matrices hasta que adquiere la geometría deseada. Este proceso debe realizarse con un cordón de rebaba que sirve para aportar la presión necesaria al llenar las zonas finales de la pieza, especialmente si los radios de acuerdo de las pieza son de pequeño tamaño y puede estar sin rebaba, dependiendo de si las matrices llevan incorporada una zona de desahogo para alojar el material sobrante (rebaba) o no. Se utiliza para fabricar grandes series de piezas cuyas dimensiones y geometrías pueden variar ampliamente. Las dimensiones de estas piezas van desde unos pocos milímetros de longitud y gramos de peso hasta varios metros y toneladas, y sus geometrías pueden ser simples o complejas.

Conformado por Forja isotérmica: El forjado isotérmico es un tipo especial de forja en la cual la temperatura de los troqueles es significativamente superior a la utilizada en procesos de forja convencional. 

Conformado por Forja Recalcada: A diferencia de los procesos anteriores que se realizan en caliente, este además puede realizarse en frío. Consiste en la concentración o acumulación de material en una zona determinada y limitada de una pieza (normalmente en forma de barra). Por tanto, una consecuencia directa de este proceso es que disminuye la longuitud de la barra inicial y aumenta la sección transversal de ésta en la zona recalcada. Si el proceso se realiza en frío y en los extremos de las piezas se denomina encabezado en frío.

Efectos que producen la Conformación por forja en caliente y el forjado isotérmico

•Orientación de la fibra: las propiedades mecánicas del producto variarán, mejorándolas si el esfuerzo se aplica en la dirección de la fibra formada por el proceso y empeorándolas si se aplica en dirección perpendicular.

•Afinamiento del grano: esto se produce a temperaturas superiores a la de recristalización pero inferiores a la de equicohesión y la forja se realiza con martillos pilones, de modo intermitente. En cambio, el afinamiento no se producirá si se supera la temperatura de equicohesión y la forja se realiza utilizando prensas, de forma continua.

•Eliminación de cavidades, poros, sopladuras, etc.: debido a las enormes presiones a las que el material es sometido en la operación, éste es compactado y desaparecen las cavidades, poros, sopladuras, etc. (siempre que las paredes de estos defectos no estén oxidadas).

Conformación por Forja Artesanal

En este caso, la forja es el arte y el lugar de trabajo del forjador o herrero, cuyo trabajo consiste en dar forma al metal por medio del fuego y del martillo.

Una forja contiene básicamente una fragua para calentar los metales (normalmente compuestos de hierro), un yunque y un recipiente en el cual se pueden enfriar rápidamente las piezas forjadas para templarlas. Las herramientas incluyen tenazas para sostener el metal caliente y martillos para golpearlo.

En la forja se modela el metal por deformación plástica y es diferente de otros trabajos del metal en los que se elimina parte del material mediante brocas, fresadoras, torno, etc., y de otros procesos por los que se da forma al metal fundido vertiéndolo dentro de un molde(fundición).

Al tratarse de un oficio casi en extinción, hay muy pocos artistas forjadores que realmente utilizan el hierro de forma artesanal.