Procesos de Conformado: Laminación, Soldadura, Corte y Forja

Laminación

La laminación es un proceso de conformado utilizado para conseguir reducciones en la sección transversal de un material mediante las fuerzas de compresión y cizalladura ejercidas por un juego de rodillos. La expansión lateral se impide utilizando rodillos verticales.

• En frío: Para deformaciones con un pequeño campo de tolerancias y un acabado superficial más fino.
• En caliente: Las deformaciones que sufren son posibles con el concurso de energías mecánicas y térmicas a la vez.

Tipos de productos laminados:

• Bloom (tocho): Producto de fundición continua, sección cuadrada o rectangular, espesor > 150 mm.
• Billet (palanquilla): Menores dimensiones, sección cuadrada o circular.
• Slab (petaca): Fundición continua con trenes de laminación de desbaste, sección rectangular.
• Plate (plancha): Espesor > 6 mm.
• Sheet and strip (chapas): 0,1-6 mm de espesor.

Tren de laminación: Disposición en serie de varias etapas que disminuyen el espacio entre rodillos (de desbaste, de palanquilla, de acabado).

Defectos: Estructurales internos y en superficie (grietas, bordes ondulados y dos labios).

Soldadura

La raíz de una soldadura es el punto más alejado respecto desde donde se ejecuta una soldadura. La garganta es la distancia más corta entre la raíz de la unión y la cara del cordón de soldadura en una unión en ángulo. El pie de soldadura es el extremo del cordón de soldadura donde se encuentra con la superficie de la pieza base. El cordón es el depósito de metal fundido que solidifica y une las dos piezas.

Como consecuencia de la aportación de calor necesario para la fusión, se puede producir:

• Fragilidad debido a la oxidación: A temperaturas > 820°C, los aceros tienen tendencia a combinarse con el oxígeno del aire.
• Absorción de gases: Hidrógeno (H), nitrógeno (N) u oxígeno (O).
• ZAT (Zona Afectada Térmicamente): La zona del material base junto al cordón está sometida a un tratamiento térmico que modifica sus propiedades metalúrgicas negativamente.

Corte por Plasma

Tipos de corte por plasma:

• Corte convencional: Corte con plasma seco de espesores de plancha de 30-40 mm, corte biselado y borde redondo.
• Corte con gas secundario: Se evita el doble arco por la capa cerámica que sobresale del frente de la boquilla. Gas principal N2, secundario O2. El gas secundario asiste a la columna de plasma en la expulsión del metal fundido, corte más rápido y refrigera las piezas frontales de la boquilla.
• Corte con inyección de agua: Más utilizado. El agua, de forma radial y laminar, constriñe el chorro y se produce ionización parcial de O y H, incrementando la velocidad de corte. Está limitada la velocidad para producir un vórtice estable.
• Corte con inyección de oxígeno: Se utiliza como gas de corte el N2 en el cebado e introduce el O2 en el momento del chorro de plasma. Incrementa la velocidad de corte, pero el corte no es recto y la duración de la boquilla es escasa.

Conformado de Chapa

El material de partida es chapa metálica conformada mediante esfuerzos de tracción, compresión y cizallado en frío.

Características:

• Elevada precisión dimensional.
• Gran resistencia.
• Buen acabado superficial.
• Coste reducido.

Tipos de corte:

• Línea de corte abierta: Cizallado.
• Línea de corte cerrada: Punzonado, perforado y troquelado.

Doblado

La flexión es la deformación plástica de los metales alrededor de un eje lineal con poco cambio en el área de la superficie. En el conformado, se pueden realizar múltiples curvas con solo una matriz. En el dibujado y estiramiento, los ejes de deformación no son lineales. La recuperación elástica es la flexión que se produce después de que un metal se deforme.

En estos procesos se genera:

• Alargamiento en las zonas exteriores.
• Acortamiento en las interiores.

Prensas Plegadoras

Las tolerancias dependen de la geometría y espesor de la chapa. La calidad superficial no varía. Se utilizan en la fabricación de perfiles estructurales.

Rodillos

Tres puntos de contacto, esfuerzo de flexión continua que depende de la posición del rodillo ajustable. Se hace en frío. En un submarino, los extremos más esféricos se hacen con prensa y el resto con rodillos.

Tubos

Problema: Deformación de su sección transversal. Se utilizan mandriles flexibles.

Tipos de doblado:

• Doblado por tracción: El bloque de encofrado gira.
• Doblado por compresión: Una herramienta móvil comprime la pieza contra un molde fijo.
• Doblado por presión: El cilindro de presión mueve la forma de doblado.

Embutición

Se obtienen piezas huecas con una profundidad de varias veces el espesor de la chapa. Se utilizan prensas hidráulicas, obteniendo buenas tolerancias y calidades superficiales. Se realiza en frío (pequeño espesor) o en caliente (paredes gruesas).

Estirado de Chapa

Se utiliza para componentes de gran tamaño. Las tolerancias dependen de la recuperación elástica del material.

Repujado

• Convencional: Piezas de simetría axial, tubos, cilindros, movimiento circular del mandril y movimiento axial de un rodillo.
• Por deslizamiento: El espesor disminuye.

Extrusión

Proceso de conformado en frío o caliente. Con un émbolo se presiona el material obligándolo a fluir por compresión por un orificio que le da forma. Se producen elevados valores de fricción entre material y herramienta, por lo que se deben usar lubricantes que mejoran las presiones de extrusión y la vida de la matriz. Se obtienen tochos más largos, piezas macizas o huecas, de materiales con bajo límite elástico.

Tipos:

• Directa: El material fluye en la misma dirección que la fuerza.
• Inversa: Sentido opuesto.
• Por impacto: Extrusión generada en el golpe, alta velocidad de producción, en frío.
• Hidrostática: El fluido a alta presión rodea la pieza y aplica la fuerza para la extrusión, alta eficacia y temperaturas limitadas.
• Continua: Se obtienen propiedades homogéneas.
• Discreta: Piezas de pequeña longitud.

Defectos:

• Grietas superficiales: Temperaturas elevadas, fricción entre material y herramienta.
• Inclusiones internas: Velocidades poco homogéneas.
• Grietas internas: Tensión de tracción en la zona central.

Estirado y Trefilado

Procesos de conformado que utilizan esfuerzos de tracción para reducir el tamaño en la sección de partida con matrices con orificios (hileras). Se realiza en frío, obteniendo perfiles laminados en frío. La única diferencia entre ambos es el fin perseguido: en el estirado, la reducción de tamaño de barras circulares o tubos para conseguir formas o calibres; en el trefilado, la fabricación de alambre, con grandes reducciones de espesor en varias pasadas. En caliente se utiliza para grandes espesores.

Defectos:

• Grietas internas: Tensión de tracción interna.
• Grietas superficiales: Falta de lubricación.
• Tensiones residuales: Reducciones ligeras (tensiones internas de tracción o superficiales de compresión); reducciones severas (superficiales de tracción).

Corte por Láser

El proceso de corte por láser se basa en la generación del haz láser. La generación del haz láser precisa de un medio activo que, tras un ciclo de excitación-desexcitación, emita fotones con una longitud de onda específica. Este medio puede ser un gas, un sólido o un líquido.

• Excitación: Las moléculas de CO2 son excitadas mediante descarga eléctrica, abandonando su nivel energético cuántico inferior y posicionándose en su nivel cuántico superior.
• Emisión espontánea: Las moléculas de CO2 excitadas regresan a su estado base liberando fotones.
• Emisión estimulada: Los fotones emitidos impactan con moléculas de CO2 en estado cuántico superior, provocando la emisión de un nuevo fotón en fase con el primero.
• Amplificación: Si hacemos atravesar repetidas veces la radiación láser a través del medio activo, conseguiremos un efecto de amplificación mediante un amplificador, que es una cavidad limitada en un extremo por un espejo reflectante y en el otro por uno parcialmente reflectante, permitiendo la salida de la radiación láser.

Forja

Proceso de conformado que confiere al material la forma requerida gracias a la aplicación de fuerzas de compresión por medio de matrices adecuadas. Los esfuerzos pueden ser de forma continua (prensa) o intermitente (martillo). Se realiza en caliente, aunque puede realizarse en frío cuando queremos un aumento de dureza y resistencia para materiales no susceptibles de tratamiento térmico. Los equipos empleados son prensas y martinetes. Se utiliza en la fabricación de componentes discretos, controlando el flujo del metal y la estructura del grano, obteniendo componentes de alta fiabilidad como bielas y cigüeñales.