Procesos de Conformado por Conservación de Material
Existen dos tipos principales de procesos de conformado: los procesos de consolidación (moldeo/fundición) y los procesos de deformación.
1. Procesos de Consolidación (Moldeo y Fundición)
Se realiza fundiendo el material y vertiéndolo en moldes que reproducen la forma de la pieza. El material se calienta hasta alcanzar un estado semi-fluido; entonces se vierte en el molde, enfriándose y solidificándose para formar la geometría de la pieza.
- Aleaciones metálicas: Se clasifican en función de la conservación o no del molde tras el proceso.
- Polímeros: Se clasifican en función del tipo de polímero:
- Termoplásticos: Pueden ser llevados al estado plástico y, sucesivamente, de nuevo al estado sólido.
- Termoestables: Al calentarse, reestructuran la molécula de carácter irreversible.
2. Proceso de Deformación (Deformación Plástica)
Se realiza sometiendo a los materiales a elevados esfuerzos, ya sea en caliente o en frío, que obligan a las preformas a adaptarse a cavidades predefinidas. El material se somete a elevados esfuerzos que obligan al material a adoptar su forma a la cavidad:
- Deformación volumétrica: Deformación plástica en un volumen considerable de material en comparación con el total. Las aleaciones metálicas se clasifican en función de la familia de procesos: laminado, forja, extrusión/estirado.
- Deformación local o conformado de chapas: La deformación plástica se produce sobre una zona muy localizada del material; el resto de la pieza está sin deformar o con deformidades elásticas. Las aleaciones metálicas se clasifican en función de la familia de procesos: corte, plegado y conformado.
Proceso de Consolidación: Ventajas e Inconvenientes
Ventajas
- Se puede usar para piezas con geometría compleja, incluyendo vaciados internos.
- Algunos procesos dan piezas con acabados finales según los requisitos de diseño, sin operaciones adicionales.
- Pueden generar diversos tamaños de piezas.
- Se utiliza como método artesano de taller o producción en masa.
Inconvenientes
- Pueden aparecer porosidades y defectos metalográficos en la solidificación, que reducen las propiedades mecánicas del material.
- Acabado deficiente en muchos procesos, que requieren operaciones de acabado posteriores.
- En general, son operaciones de alto riesgo para el operario y el medio ambiente.
Materiales para la Fundición
Se pueden usar varios tipos de materiales metálicos así como polímeros. En función del proceso, solo se podrán utilizar algunos tipos de aleaciones. La fluidez determinará la idoneidad de un material para ser utilizado: es la medida de la capacidad del metal para llenar el molde antes de enfriarse y es inversa a la viscosidad.
Los factores que afectan a la fluidez son:
- Temperatura de vaciado.
- Composición del metal.
- Viscosidad del metal líquido.
- Calor transferido a los alrededores.
La composición determina, además de los mecanismos de solidificación, el calor de fusión (cantidad de calor requerida para que el metal pase del estado líquido al sólido). Un mayor calor de fusión tiende a incrementar la medida de la fluidez de la fundición.
Hornos Industriales
El horno es el elemento encargado de proporcionar la temperatura necesaria para la fusión del material. La elección de uno u otro dependerá de la aleación a fundir, el tipo de vaciado o llenado del molde, la capacidad del horno, el tamaño de las piezas, el coste del horno y el coste de mantenimiento.
Tipos de Hornos
- Cubilote: Horno cilíndrico vertical que consume coque.
- Calentadores a fuego directo: El material se calienta con un pequeño hogar; el techo refleja la llama aumentando el calor. Consume gas natural y suele utilizarse para metales no férreos.
- Horno de crisol: El metal se funde en un crisol sin estar en contacto con el combustible ni otra atmósfera. El material se extrae con cuchara. Consume gas, aceite y carbón.
- Horno de arco eléctrico: El material se funde con el calor generado por un arco eléctrico. Se utiliza principalmente para la fundición de acero.
- Horno de inducción: Usa un campo magnético generado con una bobina para inducir una corriente, calentar el material y fundirlo. Es óptimo para controlar el ambiente del material.
Conceptos de Moldeo y Molde
- Moldeo: Prototipo de la pieza que se desea fabricar, teniendo en cuenta el proceso y el diseño para minimizar los defectos.
- Molde: Elemento que tiene en su interior la cavidad con la forma de la pieza deseada. Debe estar ajustado para evitar la posible contracción durante la solidificación y se suele calentar antes de hacer la colada.
Existen dos tipos: a molde abierto y cerrado. Sus elementos principales son: bebedero, canales de distribución, ataque, mazarotas y corazón.
Problemas Asociados a la Contracción
El proceso de solidificación involucra el paso del material fundido a sólido. El metal puro solidifica a una temperatura constante, mientras que las aleaciones lo hacen en un intervalo de temperatura cuyo rango depende de la composición:
- Solidificación inicial: Película de granos equiaxiales en las paredes del molde.
- Solidificación intermedia: Coexistencia de líquido y dendritas.
- Solidificación final: Granos equiaxiales.
Durante la fase de diseño es importante tener en cuenta las contracciones; de otra forma, se provocará una pieza fuera de tolerancias. Podemos evitar contracciones también con enfriadores, para que ciertas regiones enfríen rápidamente.