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1-1 Clasificación de los metales

Metales Puros: Son todos aquellos que están en la tabla periódica utilizada en Química. En general, poseen muy buena conductividad eléctrica y térmica, se los puede deformar en frío o en caliente y con el paso del tiempo unos tienden a oxidarse y otros conservan su estado metálico en forma natural (Metales preciosos: Oro, Plata, Platino, etc.) Ejemplos: Hierro, Titanio, Aluminio, Oro, Plata, Platino, Cobre, Cinc, Magnesio, Plomo, Estaño, etc. Aleaciones: Son compuestos de dos o más elementos en donde al menos uno es un metal. Se las puede clasificar del siguiente modo según contengan o no hierro:

Aleaciones Ferrosas: Son las que uno de sus componentes es Hierro. Por ejemplo:

- Fundición = Hierro + Carbono (De 2% a 6%) - Acero Inoxidable = Hierro + Carbono + Cromo + Níquel - Acero = Hierro + Carbono (hasta un 2%). Adicionando otros componentes se pueden

mejorar considerablemente distintas propiedades , como la templabilidad, dureza, resistencia, entre otras.

Aleaciones NO Ferrosas (Sin Hierro): Son las que ninguno de sus componentes es hierro. Por ejemplo:

- Bronce = Cobre + Estaño - Latón = Cobre + Cinc - Alpaca = Cobre + Níquel - Duraluminio, Aluminio-Manganeso, Aluminio-Magnesio, etc.

Metales

Metales Puros

Aleaciones Aleaciones Ferrosas

Aleaciones NO Ferrosas

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1-2 Métodos de conformación de piezas :

Existen diversos métodos de conformación de piezas, pudiéndoselos clasificar en cuatro grandes grupos: 1.2.1 - Fundiciones: El metal es fundido y vertido en un molde. Luego cuando solidifica se obtiene la pieza. 1.2.2 - Procesos de deformación volumétrica: En lugar de trabajar con láminas, se deforman volúmenes de metal. 1.2.3 - Trabajo en chapa metálica: Solo se trabaja con láminas metálicas. Estas pueden ser de diversos materiales, tales como acero, acero inoxidable, bronce, aluminio, etc. 1.2.4 -Procesos con arranque de viruta: Mediante el uso de una herramienta, se sustrae material (viruta) hasta conformar la pieza deseada. 1.2.1 - Fundiciones Fundición o Colada en molde de arena:

La fundición en arena es un método relativamente rápido para realizar piezas en metal, aunque para cada pieza es necesario realizar un nuevo molde.

Es el método por el cual se vierte el material en estado líquido dentro de un molde constituido por granos de arena aglutinados por resina. La arena es un material muy bueno para realizar este tipo de moldes; puede resistir altas temperaturas y permite moldear formas complejas.

El molde se realiza utilizando un modelo patrón en madera, yeso, Alto impacto, etc. Este es aprisionado sobre la arena para que esta tome la forma adecuada (Fig. 1). Luego se extrae y se cierran las dos mitades. Seguidamente se vierte el metal líquido por el canal de colada (Fig. 2). La pieza adquiere consistencia al momento de solidificar. Finalmente se abre el molde, se retira la pieza terminada y se corta el canal de colada.

Fig. 1 Fig. 2

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Características y observaciones:

• Mala terminación (Terminación rugosa) y grandes variaciones dimensionales en las piezas.

• No copia pequeños detalles. • El proceso es lento, ya que se debe hacer un molde por cada pieza. • Permite moldear piezas grandes (Aprox 300 Toneladas) • Se puede colar Aluminio, Bronce (Aleación de cobre-estaño), latón

(Aleación de cobre-cinc), fundición* etc • Por lo general las piezas pueden luego ser maquinadas dependiendo del

tipo de material a colar. • Observar: agujereadora de banco del taller, torno del taller

*Observación: Se llama fundición no solo al proceso sino también a la aleación Hierro-Carbono (Mas del 2 %) http://www.youtube.com/watch?v=_iFzDN3AvNY http://www.youtube.com/watch?v=rgL2Jn5mk1A http://www.youtube.com/watch?v=SVUSJuYQhA4 (Muy Bueno) Colada por Cera Perdida

Luego de armar el ramillete se aplica un recubrimiento refractario (a veces con una caja alrededor), cuando este solidifica se retira el modelo de cera de adentro derritiéndolo y finalmente se hace la colada del metal fundido.

: Es un proceso que permite realizar piezas complejas de metal de difícil desmolde. Par comenzar, es necesario tener un modelo de cera del producto, es decir, que si queremos hacer un soldadito de plomo, antes debemos tener un modelo en cera del mismo. Para optimizar el proceso y hacer varios productos a la vez, se suele hacer un ramillete, árbol o encastillado en donde se colocan varias piezas (soldaditos para nuestro ejemplo) a una columna principal.

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http://www.youtube.com/watch?v=ykYoO0P4PfQ&feature=related http://www.youtube.com/watch?v=aBwmO4tbo8Q

Moldeo Por Inyección:

Las piezas moldeadas por inyección difieren de las anteriores en que el metal se hace entrar a presión dentro del molde de metal (en lugar de arena ) por medio de la acción de un embolo. Este proceso solo se utiliza para grandes producciones dado que las inversiones en maquinarias y matrices son muy altas. En este proceso, el metal es forzado a entrar en las matrices a elevada presión para que copie los detalles del molde con suma precisión, otorgando una terminación superficial de primera calidad y evitando tareas secundarias de acabado.

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Características y observaciones:

• Este tipo de moldeo permite conseguir una precisión dimensional muy grande.

• Terminación superficial y copiado de detalles excelentes (A tal punto que se pueden hacer roscas).

• Se pueden obtener espesores muy finos de material. • Es posible generar piezas de gran complejidad.

http://manufacturing.stanford.edu/hetm.html (A partir del tiempo 0:53) (Seleccionar “die casting”) 1.2.2 - Procesos de deformación volumétrica: Laminado:

El proceso de laminado consiste en hacer pasar un tocho o desbaste plano* a través de rodillos para obtener barras de distintas secciones (Fig.5-13) o planchas metálicas (Fig.3) respectivamente. Como analogía del proceso, podrían pensar en como se realiza la masa para hacer fideos. La misma es pasada varias veces a través de rodillos hasta conseguir una masa fina de algunos milímetros (Pregunten a sus padres por la “Pastalinda”) Características y observaciones:

• Se puede realizar en frío y en caliente. • Si se realiza en frío se obtienen mejores propiedades mecánicas, como

mayor dureza y resistencia; al precio de realizar un mayor esfuerzo mecánico.

• Si se realiza en caliente el esfuerzo mecánico es menor, pero NO se obtienen mejores propiedades mecánicas.

• Se puede hacer papel de aluminio, chapas metálicas y perfiles.

(Fig.3)

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* Desbaste plano es el prisma grande que se observa en el video que se pasa hasta obtener la lámina de aluminio.

http://www.youtube.com/watch?v=_-b7HP9H-B4&NR=1

Estirado o trefilado:

Se utiliza para reducir la sección de la barra y otorgar mejores propiedades mecánicas, terminación superficial y precisión de forma.

Se fuerza a pasar una barra a través de una tráfila, boquilla o Dado, cuyo material es duro y resistente, mediante la aplicación de una fuerza de tracción ejercida por mordazas (Perro).

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Características y observaciones:

• Se puede realizar en frío y en caliente • Si se realiza en frío se obtienen mejores propiedades mecánicas, tales

como mayor dureza y resistencia; al precio de realizar un mayor esfuerzo mecánico.

• Si se realiza en caliente el esfuerzo mecánico es menor, pero NO se obtienen mejores propiedades mecánicas

Forja

Antiguamente se realizaba el forjado a golpe de martillo. Seguramente habrán visto en las películas como se fabricaban las espadas; se las calentaban al rojo vivo y se las conformaba a impactos sobre un yunque.

: Método por el cual se le otorga determina configuración geométrica a un material mediante deformaciones plásticas impartidas por impacto o alta presión. En otras palabras, se coloca un volumen de metal entre dos matrices o dados y mediante un cierre brusco o presión ejercida por una prensa hidráulica* se deforma el metal hasta obtener la pieza final.

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1° 2° 3° La siguiente figura muestra el proceso de fabricación de una biela (Pieza mecánica de un motor) conformada mediante forjado en varios pasos. Las fuerzas de compresión ejercidas por la matrices son las que deforman al bloque y generan el producto. El ultimo paso consiste en extraer la rebaba a la pieza. Rebaba En la figura que sigue se puede apreciar el movimiento del material en consecutivos instantes del golpe. Observar como fluye el material según los distintos radios de la matriz.

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Características y observaciones:

Las piezas forjadas se utilizan mucho en: Herramientas de mano, partes de automóviles, camiones, trenes, etc. La forja otorga una alta resistencia y resistencia a la fatiga. Se pueden conseguir piezas de forma compleja. NO se obtiene buena precisión dimensional debido a que siempre se produce un gran calentamiento de la pieza y al enfriarse sus medidas se reducen. NO otorga buena terminación superficial. La superficie queda rugosa y además el gran calentamiento termina favoreciendo a la oxidación del metal. Se puede realizar en frío y en caliente.

http://www.youtube.com/watch?v=e1y8I_O9ehY

Para que no se olviden lo que es una prensa hidráulica (A partir del minuto 4:00): http://www.youtube.com/watch?v=BF9etgOgpx4

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1.2.3 - Trabajo en chapa metálica: Corte o cizallamiento

: Por medio de esfuerzos de corte aplicados sobre una superficie laminar se puede dividir una chapa metálica en dos o más partes.

Características y observaciones: Existen grandes cizallas (Hidráulicas, mecánicas, etc.) que llegan a cortar importantes espesores de acero. La arista superior de la chapa queda redondeada.

http://www.youtube.com/watch?v=u9Il43ZUJUA&feature=related

Punzonado:

Es la operación mecánica capaz de realizar una figura o silueta determinada sobre una lámina metálica. El proceso consta de un punzón y una matriz (Herramientas) que poseen la sección de la silueta que se pretende cortar (Ej: si pretendo cortar discos, entonces el punzón tendrá sección circular). La chapa se coloca entre ambas herramientas y mediante la aplicación de fuerza el punzón baja perforando la chapa. A modo de analogía podemos citar en la perforadora de papel, obsérvenla y verán como baja el punzón cilíndrico al momento de agujerear.

Material Cortado

Cuchilla

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El punzonado es un método de corte que se utiliza para la fabricación de grandes cantidades de piezas, por lo tanto, la reducción de los desperdicios de material representan un factor importante a tener en cuenta.

Ejemplo: Para la realización de esta pieza de la Fig-A es necesario realizar tres punzonado: dos agujeros y el contorno. Los distintos cortes pueden hacerse en la misma serie, si se posee una matriz compleja que permite generarlos todos de una vez o en tres series distintas (Uno por vez como muestra la figura).

Fig-A

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Características y observaciones:

Alto costo de la matriz y punzón. Bajo costo de operación. (Si tengo las matrices el costo de la operación es de pocos centavos ). Se utiliza para altas producciones. (A menos que sea punzonado por control numérico). Excelente terminación. Gran precisión.

Plegado o Doblado:

Es el proceso por el cual se consigue generar un doblez en una lamina metálica. El pliegue es el mismo que podría obtenerse doblando una hoja de papel común, puede realizarse de distintos radios y hasta un ángulo de 180°. Algunos tipos de pliegue pueden observarse en las siguientes figuras:

Fleje metálico

Punzón Pieza terminada

Primer agujero Segundo agujero

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Bastidor

CHAPA

El primero se ha realizado en un solo pliegue, el segundo y el tercero en varios.

Punzón

Matriz

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Características y observaciones:

Mediano costo de la matriz y punzón. Bajo costo de operación. Se utiliza para altas, medias y bajas producciones. Excelente terminación. Solo se puede realizar superficies de simple curvatura.

http://www.youtube.com/watch?v=CkaexkrUmwI&feature=related http://manufacturing.stanford.edu/hetm.html

(bending)

Embutido:

Se conoce como embutido a la operación mecánica en la cual una lámina metálica adquiere la forma de un “recipiente”. Expresado formalmente, podemos decir, que este proceso es capaz de generar superficies de doble curvatura (Ej.: Jarro de leche, cucharón de sopa, etc.). Las deformaciones se obtienen debido a la presión generada por una prensa hidráulica. Esta presión es soportada por las matrices y transmitida a la lámina a deformar. De este modo se la puede deformar dentro ciertos límites. Para realizar embutidos profundos es necesario realizarlo en varios pasos intercalando un tratamiento térmico intermedio. Esto se debe a que cada vez que se deforma a un material metálico en frío adquiere acritud, cualidad que refleja una pequeña capacidad de deformación y gran probabilidad de rotura.

Ejemplo: En la figura de la izquierda se observa un embutido de forma prismática. A la derecha otro de revolución (Es un corte en perspectiva)

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En la figura anterior puede observarse como se coloca la chapa metálica entre la matriz macho y la hembra. El planchador o pisador se utiliza para sostener la plancha y para evitar pliegues o arrugas de en la lámina. Características y observaciones:

Alto costo de la matriz y punzón. Bajo costo de operación. Se utiliza para altas producciones. Excelente terminación. Solo aplicable a láminas metálicas de metales maleables.

http://www.youtube.com/watch?v=ZQgFWUT5OLE&feature=related (Desde el minuto 1:15) http://www.youtube.com/watch?v=nA8y__BMl-o&feature=related http://www.youtube.com/watch?v=KM45HzOQVq8&NR=1

Repusado o Repujado:

Es el método por el cual se le da forma a láminas metálicas presionándolas con una herramienta contra un molde giratorio. Solo se pueden realizar piezas de sección circular o lo que es lo mismo: piezas de revolución.

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Estas son algunas de las posibles configuraciones que se pueden obtener mediante este proceso (ATENCIÓN, las piezas son cerradas, solo que están dibujadas con un corte para que se entienda la morfología). Pueden realizarse en una sola etapa o en varias según la complejidad. Observar que no se pueden obtener formas que no sean de revoluciónSe pueden repusar chapas hasta radios importantes (ej.1m) y espesores de hasta 1 pulgada en maquinas semiautomáticas dependiendo de la ductilidad del material. Muchas veces es necesario someter a la pieza a un tratamiento térmico intermedio para eliminar su acritud (Resistencia a la deformación que desarrolla el metal a medida que se lo va deformando)

.

Los espesores pueden llegar a variar a lo largo de la pieza, pero por lo general son variaciones muy pequeñas. Características y observaciones:

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Bajo costo de la matriz (Se la puede hacer de madera). Bajo costo de operación. Se utiliza para altas producciones medianas y bajas. Terminación muy buena (Solo deja pequeñas marcas alrededor del la pieza). Solo se usa con metales dúctiles (Solo aplicable a láminas metálicas de metales).

http://www.youtube.com/watch?v=5FqP7W8gy8E&feature=related

Cilindrado:

Este proceso permite generar curvas de radio constante sobre una chapa. Trabaja con tres rodillos que al girar generan la curvatura en la lámina metálica. Uno de ellos (El superior) puede subir y bajar para ajustar el radio que se desea obtener. Se lo puede utilizar para generar tubos con costura o simplemente curvas parciales de radio constante. La siguiente figura muestra el sistema:

http://www.youtube.com/watch?v=as0R_8bUTWI http://www.youtube.com/watch?v=ew4x72JQ02g&feature=related 1.2.4 -Procesos con arranque de viruta:

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El arranque de viruta pueda realizarse a mano o mecánicamente. Cuando se realiza a mano, por ejemplo al limar o aserrar, la herramienta es conducida por la mano. En el segundo caso, la herramienta es guiada y obligada a moverse por la máquina llamada “máquina-herramienta”. Por medio de estas se fabrican piezas cilíndricas o planas, piezas provistas de roscas, así como ruedas dentadas y piezas de cualquier forma. Los métodos son los siguientes: Torneado:

Se utiliza para realizar piezas de revolución. Para obtener la forma deseada se hace girar al material sobre su eje de rotación al mismo tiempo que se hace mover una herramienta que produce el arranque de viruta.

Mirar solo hasta el minuto 1:00 http://www.youtube.com/watch?v=RfnoAFW2L2c&feature=PlayList&p=4947AF52B8A864C1&index=1 Taladrado

: El taladrado se utiliza para realizar agujeros para alojar, por lo general, remaches y tornillos. No se requiere gran precisión ni terminación en la superficie. Es la maquina que utilizan en el taller para realizar agujeros.

Aserrado:

Sirve para realizar cortes con arranque de viruta. Existen distintos tipos de sierras alternativas, circular y sin fin.

Fresado

: Las virutas son arrancadas en el fresado por medio de la rotación de la fresa cuyos filos están dispuestos en forma circunferencial. La fresa se mueve en tres direcciones ortogonales y sustrae material hasta conformar la pieza final.

Fresadora: http://www.youtube.com/watch?v=3v9zR4IUQPQ Video de fresadora automatizada: http://www.youtube.com/watch?v=LLC25KbCTxs&feature=related Bibliografía: “La Ciencia e Ingeniería de los materiales” Donald R. Askeland “Diseño e Ingeniería Mecánica” Shigley-Miscke “Ingeniería de manufactura” Schärer