PROCESOS FABRILES

ÍNDICE

1. CALDERERÍA

2. MOLDEO 

     2.1. FUNDICIÓN

     2.2. INYECCIÓN

3. CONFORMADO O DEFORMACIÓN PLÁSTICA

     3.1. CONFORMADO EN FRÍO

     3.2. LAMINACIÓN

     3.3. FORJADO

     3.4. EXTRUSIÓN

     3.5. ESTAMPACIÓN

     3.6. TREFILADO

4. MECANIZADO CON ARRANQUE DE VIRUTA

5. TRATAMIENTOS TÉRMICOS

     5.1. SINTERIZADO

CALDERERÍA

La calderería tiene como función principal la construcción de depósitos aptos para el almacenaje y transporte tanto de sólidos, como de líquidos o gas; así como todo tipo de construcción naval y estructuras metálicas. Estos depositos son conocidos como silos y cisternas. Para esta forma de fabricación mecánica se utiliza acero laminado y vigas de diferentes aleaciones, formas y espesores.

Cuando el recipiente que vamos a construir va a soportar altas presiones, tanto el metal con el que se va a fabricar como las propias soldaduras que lleve, se someten a diversas pruebas mediante ultrasonidos y rayos X. 

Los técnicos en calderería tienen que tener una elevada profesionalidad para asegurar la calidad necesaria, así como los soldadores que deben estar homologados por diferentes organismos de control de calidad.
Existe una variante de la calderería denominada calderería plástica, cuyo concepto general es similar con la diferencia de que se utilizan termoplásticos como materia prima en lugar de metales.

MOLDEO

•  FUNDICIÓN:

  Se denomina fundición al proceso de fabricación de piezas en el que se vierte material fundido, normalmente metal aunque también plástico, en un recipiente llamado molde, donde se enfría y como consecuencia se solidifica.
  
  
  El proceso más habitual es la fundición en arena, ya que es un material que aguanta muy bien el calor y además es muy abundante en la naturaleza. Esta arena se mezcla con arcilla para que adquiera más cohesión y moldeabilidad sin perder la permeabilidad, ya que posibilita evacuar los gases del molde al tiempo que se vierte el material fundido.
  Una vez que el material se ha solidificado se procede a romper el molde para extraer la pieza en cuestión.
  A la hora de fundir metales como hierro o plomo, que son bastante más pesados que el molde de arena aparece un problema conocido como "flotación del molde", que ocurre cuando la presión del metal empuja la arena por encima de la cavidad de este, haciendo que el resultado final no sea el esperado. Para solventar este problema se recubre la caja de moldeo con una chapa gruesa, consiguiendo así un producto final en perfectas condiciones.
  El proceso de fundición tiene diferentes pasos:
  
  
  1. Compactación de la arena.
  2. Colocación del macho.
  3. Vertido del material fundido.
  4. Enfriamiento y solidificación.
  5. Desmolde.
  6. Desbarbado.
  7. Acabado y limpieza. 

• 

   INYECCIÓN:

  Proceso muy parecido al de la fundición, solo que la fundición esta más ligada a los metales y la inyección generalmente se asocia a los plásticos. Se utiliza una máquina de moldeo por inyección, la cual inyecta el plástico fundido dentro de un molde metálico. El proceso con respecto a la fundición es practicamente igual solo que el material fundido se deposita en un molde por medio de una máquina de inyección, la cual hace pasar el material fundido por un pequeño agujero llamado compuerta. Esta técnica es muy popular para la fabricación de articulos muy diferentes, por ejemplo, los famosos juguetes LEGO o Playmobil han sido fabricados mediante esta técnica, así como una gran cantidad de componentes para automóviles, componentes para aviones y naves espaciales.

CONFORMADO O DEFORMACIÓN PLÁSTICA

• CONFORMADO EN FRÍO: 

Cuando se trabaja un metal por debajo de su temperatura de recristalización es trabajo en frío. La mayoría de los metales se trabajan en frío aunque con el proceso se calientan. El trabajo en caliente refina la estructura del material, mientras que el trabajo en frío distorsiona el grano y reduce un poco su tamaño, esto, le mejora en aspectos como la resistencia, la maquinabilidad, exactitud dimensional y la superficie del metal. Esto es debido a la menor oxidación que sufre con el trabajo en frío, además es más fácil de laminar.Todos los metales son cristalinos por naturaleza y están hechos de granos de forma irregular de varios tamaños. Cuando se trabaja en frío se producen cambios estructurales, que producen fragmentaciones en el grano, movimientos de átomos y distorsión de la malla.

Para el trabajo en frío se requieren presiones mucho mayores que en el trabajo en caliente. Al estar en un estado más rígido, el metal no se deforma permanentemente hasta que excede el límite elástico.Cuanto más dúctil es el material a trabajar mejor se podrá trabajar en frío. Los metales puros pueden soportar una mayor deformación que los metales aleados, ya que estos últimos incrementan la tendencia y rapidez del endurecimiento.En el conformado en frío la pieza se trabaja a temperatura ambiente, pero el proceso como tal ocasiona calentamiento por fricción, que puede alcanzar los 200 ºC.

• LAMINACIÓN:

La laminación es un proceso de deformación volumétrica en el que se reduce el espesor inicial del material trabajado, mediante las fuerzas de compresión que ejercen dos rodillos sobre la pieza de trabajo. Los rodillos giran en sentidos opuestos  para que fluya el material entre ellos, ejerciendo fuerzas de compresión y cizallamiento. Los procesos de laminado requieren una gran inversión de capital; debido a ello los molinos de laminado se usan para la producción de grandes cantidades de productos estándar (láminas, placas, etc).

Los procesos de laminado se realizan , en su gran mayoría, en caliente por la deformación ejercida sobre el material trabajado. Además, los materiales laminados en caliente tienen propiedades isotrópicas y carecen de tensiones residuales. Los principales inconvenientes que presenta el laminado en caliente son que el producto no puede mantenerse dentro de tolerancias adecuadas, y que la superficie de la pieza queda cubierta por una capa de óxido característica.

• FORJADO: 

La forja es un proceso de conformado por deformación plástica que puede realizarse en caliente o en frío y en el que la deformación del material viene dado por la aplicación de fuerzas de compresión.
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 continuada utilizando prensas.
     - 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.
Los principales tipos de forja que existen son:

FORJADO LIBRE

          1) Forja libre.
          2) Forja con estampa.
          3) Recalcado.
          4) Forjado isotérmico.

FORJA CON ESTAMPA

RECALCADO

• EXTRUSIÓN: 

La extrusión es un proceso utilizado para crear objetos con sección transversal definida y fija. A través de un troquel, de sección transversal deseada, el material es empujado y extraído. Sus principales ventajas son la habilidad de crear secciones transversales muy complejas y el trabajo con materiales que son quebradizos. También las piezas finales se forman con una 
terminación superficial excelente.


Los materiales extruidos comúnmente incluyen metales, polímeros, cerámicas, hormigón y productos alimenticios.

La extrusión puede ser continua o semicontinua. 
Se puede realizar de tres maneras:

EXTRUSIÓN EN CALIENTE

1. Extrusión en caliente: Se hace a temperaturas elevadas para evitar el trabajo forzado y hacer más fácil el paso del material a través del troquel. Se realiza en prensas hidráulicas. Es necesaria lubricación, puede ser aceite o grafito para bajas temperaturas de extrusión. La mayor desventaja de este proceso es el costo de las maquinarias y su mantenimiento.
2. Extrusión en frío: La extrusión fría es hecha a temperatura ambiente. Las ventajas con respecto a la extrusión en caliente es la falta de oxidación, estrecha tolerancia, buen acabado de la superficie y rápida velocidad de extrusión. Los principales materiales extruidos en frío son: Plomo, estaño, aluminio, cobre, acero... Algunos ejemplos de productos obtenidos mediante la extrusión en frío son: Los tubos plegables, el extintor de incendios, cilindros del amortiguador, pistones automotores, entre otros. 
3. Extrusión tibia: Se hace por encima de la temperatura ambiente y por debajo de la temperatura de recristalización del material. Este proceso se usa generalmente para lograr el equilibrio apropiado en las fuerzas requeridas, ductilidad y propiedades finales de la extrusión. Tiene varias ventajas comparada con la extrusión fría: reduce la presión que debe ser aplicada al material y aumenta la ductilidad del acero.

• ESTAMPACIÓN:

La estampación es un tipo de proceso de fabricación por el cual se somete un metal a una carga de compresión entre dos moldes. La carga puede ser una presión aplicada progresivamente o una percusión, para lo cual se utilizan prensas. Los moldes, son matrices de acero, una de ellas deslizante a través de una guía (martillo o estampa superior) y la otra fija (yunque o estampa inferior).
Si la temperatura del material a deformar es mayor a la temperatura de recristalización, se denomina estampación en caliente , y si es menor se denomina estampación en frío.
Las principales operaciones de estampación en frío son :

1. Troquelación: Punzonado, corte o acuñación.
   
2. Embutición: Obtención de cuerpos huecos a partir de chapa plana.
3. Deformación por flexión entre matrices: Curvado, plegado o arrollado.

Los materiales utilizados en la estampación en frío son dúctiles y maleables, como el acero de baja aleación, las aleaciones de aluminio, latón, plata y oro.

• TREFILADO:

Se entiende por trefilar a la operación de conformación en frío consistente en la reducción de sección de un alambre o varilla haciéndolo pasar a través de un orificio cónico practicado en una herramienta llamada hilera o dado. Los materiales más empleados para su conformación mediante trefilado son el acero, el cobre, el aluminio y el latón, aunque puede aplicarse a cualquier metal o aleación dúctil.
El trefilado propiamente dicho consiste en el estirado del alambre en frío, por pasos sucesivos a través de hileras, dados o trefilas de carburo de tungsteno cuyo diámetro es paulatinamente menor. Esta disminución de sección da al material una cierta acritud en beneficio de sus características mecánicas.

MECANIZADO CON ARRANQUE DE VIRUTA

El mecanizado con arranque de viruta es un proceso de fabricación que comprende un conjunto de operaciones de conformación de piezas mediante la eliminación de material, ya sea por arranque de viruta o por abrasión. 

Se realiza a partir de productos semielaborados como lingotes, tochos u otras piezas previamente conformadas por otros procesos como moldeo o forja. Los productos obtenidos pueden ser finales o semielaborados que requieran operaciones posteriores.

El material es arrancado o cortado con una herramienta dando lugar a un desperdicio llamado viruta. La herramienta consta de cuchillas que arrancan la viruta en cada pasada. Se dan procesos de desbaste y de acabado.

Sin embargo el mecanizado con arranque de viruta tiene una limitación física: no se puede eliminar todo el material que se quiera porque llega un momento en que el esfuerzo para apretar la herramienta contra la pieza es tan liviano que la herramienta no penetra y no se llega a extraer viruta.

En el proceso de mecanizado por arranque de material intervienen dos movimientos:

1. Movimiento principal: Es el responsable de la eliminación de material.
2. Movimiento de avance: Es el responsable del arranque continuo del material, marcando la trayectoria que debe seguir la herramienta en tal fin.

Cada uno de estos dos movimientos lo puede tener la pieza o la herramienta según el tipo de mecanizado.
También existen herramientas de mecanizado manual como: la sierra, la lima, el cincel, el buril; para el empleo de estas herramientas el operario emplea su destreza y fuerza.

TRATAMIENTOS TÉRMICOS

• SINTERIZADO:

Es el tratamiento térmico de un polvo o compactado metálico o cerámico a una temperatura inferior a la de fusión de la mezcla, para incrementar la fuerza y la resistencia de la pieza creando enlaces fuertes entre las partículas.


En la fabricación de cerámicas, este tratamiento térmico transforma un producto en polvo en otro compacto y coherente. La sinterización se utiliza de modo generalizado para producir formas cerámicas de alúmina, berilia, ferrita y titanatos.
En la sinterización las partículas se unen por difusión al estado sólido a muy altas temperaturas, pero por debajo del punto de fusión del compuesto que desee sinterizar. En el proceso, se produce difusión atómica entre las superficies de contacto de las partículas, lo que provoca que resulten químicamente unidas.

SISTEMAS DE REPRESENTACIÓN GRÁFICA

INTRODUCCIÓN AL DIBUJO

El dibujo técnico es la representación gráfica de un objeto o una idea práctica. Esta representación se guía por normas fijas y preestablecidas para poder describir de forma exacta y clara, dimensiones, formas, características; y la construcción de lo que se quiere decir.

Para realizar el dibujo técnico se requiere de instrumentos de precisión. Cuando no utilizamos estos instrumentos se llama dibujo a mano alzada o croquis.

TIPOS DE DIBUJO TÉCNICO

Con el desarrollo industrial y los avances tecnológicos el dibujo ha aumentado su campo de acción. Los principales son:

• Dibujo arquitectónico.
• Dibujo mecánico.
• Dibujo eléctrico.
• Dibujo electrónico.
• Dibujo geológico.
• Dibujo topográfico.
• Dibujo urbanístico.

IMPORTANCIA DEL DIBUJO TÉCNICO COMO ELEMENTO DE COMUNICACIÓN

Con la comunicación se pueden transmitir elementos que percibimos con los sentidos. Estos elementos son los signos.

El dibujo técnico es un lenguaje, una comunicación. Es un lenguaje universal con el cual nos podemos comunicar con otras personas, sin importar el idioma. Emplea signos gráficos, regido por normas internacionales que lo hacen más entendible.

Para que un dibujo técnico represente un elemento de comunicación completo y eficiente, debe de ser claro, preciso y constar de todos sus datos; todo esto depende de la experiencia del dibujante en la expresión gráfica que realice, bien sea un croquis, una perspectiva o un plano. 

El dibujo técnico posee 3 características que deben ser respetadas a la hora de realizar un trabajo:

1. Gráfico.
2. Universal.
3. Preciso.

NORMAS BÁSICAS DEL DIBUJO TÉCNICO

Existen una serie de normas y convenios internacionales que establecen un sistema de medición universal, las normas DIN, ISO, EN , CEI, UNE. Las cuales aparecen en el siguiente punto "normalización".

NORMALIZACIÓN

Al conjunto de todas las normas de dibujo técnico se le llama normalización. Son las normas que regulan el dibujo técnico y hacen que sea internacional. Si no existiesen las normas, los ingenieros harían los planos y los operarios no sabrían interpretarlos porque cada uno realizaría el plano de una forma distinta y sería imposible entender cada dibujo. Con esto se busca el fin de poder comunicarte con cualquier persona, independientemente de su país, cultura, raza... y así, conseguir un lenguaje universal.

ACOTACIÓN

Es la medida de una característica de un objeto, la cual debe de ser especificada en un dibujo técnico. La acotación, también conocida como cota o dimensión, debe cumplir un conjunto de reglas para facilitar su lectura y por consiguiente la fabricación de una pieza.

Las acotaciones indican el modo en el que el texto debe ser llevado a escena. Sirve para indicar medidas y delimitar las diferentes "paredes" del objeto, para así, tener una visión completa del mismo.

Las cotas han de escribirse con caracteres bien visible (no deben producir dudas de comprensión) en sentido paralelo a  las diferentes lineas de cota, encima de las mismas, con una ligera separación de 8 o 10 mm y en su mitad. Las cotas, no deben nunca estar atravesadas o separadas por ninguna linea del dibujo.

Principales normas a la hora de acotar:

• La intersección de una arista vista y una oculta debe quedar bien definida.
• La intersección de dos aristas ocultas ha de quedar bien definida.
• Si en el dibujo de una pieza han de aparecer superpuestas una arista vista y una arista oculta, se dibujará la arista vista.
• Cuando dibujamos lineas discontinuas estas deben empezar y terminar en trazos.
• Si hay intersección entre aristas vistas y ocultas esta intersección ha de quedar perfectamente definida.
• Cuando una arista es en parte vista y en parte oculta, el paso de una a otra ha de quedar definido por un espacio en la linea de trazos.
• Los centros determinados por la intersección de dos ejes, han de quedar definidos como el cruce de dos trazos largos y no de dos cortos.
• Los ejes deben rebasar ligeramente la figura a la que se refieren.
• Si en el dibujo de una pieza han de aparecer superpuestas una arista viva y un eje, se dibujará la arista viva; el eje es una linea imaginaria.
• Al aparecer superpuestas una arista oculta y una línea de ejes, en la representación de un objeto, prevalece la arista oculta.
  
  
  

SISTEMAS DE REPRESENTACIÓN

Se normalizaron dos sistemas:

• Sistema Europeo, que es el utilizado en la mayor parte de Europa.
• Sistema Americano, que es el utilizado preferentemente en los países de habla inglesa.

Tanto el Sistema Europeo como el Sistema Americano, consisten en representar una pieza tridimensional por medio de sus vistas en dos dimensiones. Sus disposiciones vienen establecidas por la normalización de estos dos sistemas, ya que tiene que colocarse de forma que sus dimensiones generales (altura, anchura y profundidad) queden reflejadas y relacionadas entre sí con respecto a las vistas.

· SISTEMA EUROPEO

Este sistema hace que la planta de debajo del alzado, el perfil derecho se coloca a la izquierda del alzado y el perfil izquierdo se coloca a la derecha del alzado. Ahora veremos la representación de un sólido y su disposición en el plano en el Sistema Europeo:

· SISTEMA AMERICANO

Este sistema hace que la planta quede encima del alzado, el perfil derecho se coloca a la derecha del alzado. Ahora como en el apartado anterior veremos la disposición de las caras de un sólido y su disposición en el plano en el Sistema Americano.

ESCALAS

Si se pretendiera representar un objeto de gran tamaño, manteniendo en el dibujo sus dimensiones reales, obligaría a emplear formatos de papel de gran tamaño. Pensemos en la representación del cigüeñal del motor de un barco, un puente, una vivienda, etc.

Si ahora lo que pretendemos es representar un objeto muy pequeño, manteniendo en el dibujo sus dimensiones reales, sería imposible el trazado del dibujo porque la agudeza visual del delineante sería insuficiente para discernir sus detalles.

Según lo expuesto en os anteriores párrafos, en el dibujo técnico los objetos no siempre se pueden representar a tamaño natural. Esto obliga a transformar las dimensiones reales de los objetos representados en otras, proporcionales a ellas, que sean susceptibles de salvar uno u otro de los obstáculos citados anteriormente, facilitando el trazado y permitiendo una cómoda lectura del plano. 


Existen varios tipos de escalas:

• ESCALA NATURAL: Las medidas lineales del dibujo coinciden con las correspondientes medidas del objeto; es decir, el dibujo del objeto será de igual tamaño que el objeto real; se designa "Escala 1:1"

• ESCALA DE REDUCCIÓN: Las medidas lineales del dibujo son menores que las correspondientes medidas reales del objeto; es decir, el dibujo del objeto será de menor tamaño que el objeto real. Por ejemplo: "Escala 1:2" (las dimensiones del dibujo serán la mitad que las correspondientes dimensiones reales del objeto).
• ESCALAS DE AMPLIACIÓN: Las medidas lineales del dibujo son mayores que las correspondientes medidas reales del
  
  objeto; es decir, el dibujo del objeto será de mayor tamaño que el objeto real. Por ejemplo: "Escala 2:1" (las dimensiones del dibujo serán el doble que las correspondientes medidas reales del objeto).

SISTEMA DE REPRESENTACIÓN EN PERSPECTIVA

Los sistemas de representación son los medios que sirven para expresar gráficamente las ideas. En la proyección de un objeto se necesitan tres elementos:

1. Un centro de proyección (que puede ser propio o impropio).
2. Rectas o planos proyectantes.
3. Un plano de proyección.

Las rectas o rayos proyectantes parten del centro de proyección hacia el objeto y en su intersección con el plano se halla la proyección buscada.

PERSPECTIVA AXONOMÉTRICA

La perspectiva axonométrica es un sistema de representación gráfica, que se basa en representar elementos geométricos, mediante proyección paralela o cilíndrica.

La perspectiva axonométrica cumple dos propiedades importantes que la distinguen de la perspectiva cónica:

1. La escala del objeto representado no depende de su distancia al observador (equivalente a que el observador estuviera en el infinito).
2. Dos líneas paralelas en la realidad son también paralelas en su representación axonométrica.

En la perspectiva axonométrica el referente a la altura suele ser vertical, y los referentes a longitud y anchura pueden disponerse con cualquier ángulo. Los ejes del plano proyectante guardan entre sí 120º en la perspectiva isométrica.

Existen diferentes tipos de perspectiva axonométrica:

- PROYECCIÓN ORTOGONAL:

• Perspectiva Isométrica:

Técnica de representación gráfica que muestra un objeto tridimensional en dos dimensiones, donde sus tres ejes coordenados ortogonales forman ángulos iguales de 120º en el plano.

• Perspectiva Dimétrica:

Representa el ancho y la altura sin reducción y la profundidad reducida a la mitad. Los ejes principales de la perspectiva forman con la línea de referencia horizontal un ángulo de 7, 90, 42 grados respectivamente. Las aristas del cuerpo que discurren en profundidad aparecen muy reducidas.

• Perspectiva Trimétrica:

Es una proyección axonométrica, para representar volúmenes, en la cual el objeto tridimensional se encuentra inclinado con respecto al plano del cuadro de forma que sus tres ejes principales experimenten reducciones diferentes. 

- PROYECCIÓN OBLICUA:

• Perspectiva Caballera:

Sistema de representación que utiliza la proyección paralela oblicua, en el que las dimensiones del plano proyectante frontal, como las de los elementos paralelos a él, están en verdadera magnitud. En perspectiva caballera, dos dimensiones del volumen a representar se proyectan en verdadera magnitud (el alto y el ancho) y la tercera (la profundidad) con un coeficiente de reducción. Las dos dimensiones sin distorsión angular con sus longitudes a escala son la anchura y la altura (X, Z) mientras que la dimensión que refleja la profundidad (Y) se reduce en una proporción determinada.
 
Los coeficientes más habituales son 1:2, 2:3 y 3:4. Los ejes X y Z forman un ángulo de 90º, y el eje Y suele tener 45º (o 135º) respecto ambos. 
Se adoptan, por convención, ángulos iguales o múltiplos de 30º y 45º, dejando de lado 90º, 180º, 270º y 360º por razones obvias.

• Perspectiva Militar:

Proyección paralela oblicua, un sistema de representación por medio de tres ejes cartesianos (X, Y, Z). En el dibujo, el eje Z es vertical, mientras que los otros dos (X, Y) forman 90º entre sí, determinado el plano horizontal (suelo). Normalmente, el eje X se encuentra a 120º de eje Z, mientras que el eje Y se encuentra a 150º de dicho eje. La principal ventaja radica en que las distancias en el plano horizontal conservan sus dimensiones y proporciones. Las circunferencias en el plano horizontal se pueden trazar con compás, pues no presentan deformación. Las circunferencias en los planos verticales se representan como elipses. Para la realización del dibujo, se aplica un coeficiente de reducción en los ejes cartesianos. En la perspectiva militar el eje afectado es el eje Z, presentando una reducción de 2/3. Los otros dos ejes (X, Y) no tienen reducción. 

CÓNICA

La perspectiva cónica es un sistema de representación basado en la proyección de un cuerpo en tres dimensiones, sobre un plano bidimensional. Con un resultado que se asemeja mucho a lo que el ojo humano percibiría si estuviera ubicado en el punto de vista. Este es el método más complejo, ero el más empleado en interiorismo y arquitectura, para la representación de volúmenes y edificios. Es muy parecido a lo que se ve con un solo ojo, y permite apreciar la profundidad espacial.