Procesos de Conformado Plástico

La finalidad de los procesos de conformado plástico es:

• Mejorar las propiedades mecánicas (ductilidad y tenacidad).
• Reducir la forma desde el proceso primario.
• Dar una forma geométrica a los materiales.
• Homogeneizar la estructura metalúrgica.

Parámetros Influyentes

1. Temperatura: si aumenta, disminuye la tensión de fluencia.
2. Velocidad de deformación: si aumenta, aumentan las tensiones.
3. Presión hidrostática.

La Recristalización

Es un fenómeno donde se forman nuevos granos regulares a partir de otros granos deformados, resultando en una estructura semejante a la original. Este proceso ocurre durante el calentamiento de recocido (recocido de recristalización).

Factores que influyen:

• Deformación del grano: cuanto más deformado, más fácil se producirá.
• Tamaño de grano antes de la deformación plástica.
• Temperatura de deformación plástica.
• Tiempo de calentamiento.

Mecanizado y Fresado

Fresado Periférico (FP)

En concordancia (+):

• Ventajas (V): Bajo desgaste en superficie de incidencia, menos fricción y calidad uniforme de la superficie. Las fuerzas de corte tienden a empujar la pieza; la dirección de las fuerzas limita aún más su movimiento y la sujeta más.
• Inconvenientes (I): Necesidad de transmisión de movimiento de la mesa sin juego; riesgo de ruptura del filo.

En oposición (-):

• Ventajas (V): Transmisión de movimiento de la mesa sin juego. Ideal para herramientas sensibles al impacto (cerámicas). La herramienta gira en sentido contrario al avance. Requiere menos potencia.
• Inconvenientes (I): El espesor de la viruta y la presión de corte aumentan según avanza. Desgaste excesivo de la superficie de incidencia, más vibraciones en la máquina y peor calidad superficial.

Geometría y Posición de la Herramienta

Influencia del ángulo de posición (kr):

• Cuanto menor es kr: Entrada y salida del filo más suaves. Se reduce la fuerza de corte radial (cuanto mayor es la fuerza radial, la pieza flecta con mayor facilidad). Permite menores profundidades y mayores avances.

Posición de la herramienta:

• Doble negativa: Resistencia a los impactos. Se usan materiales más duros. Útil en mal estado de la máquina. Requiere más potencia, más estabilidad y mayor fuerza. La viruta va hacia dentro. Posibilidad de plaquitas de doble cara.
• Doble positiva: Fuerzas de corte más bajas. Posición menos resistente. Menor potencia. Mayor facilidad de evacuación de la viruta. Reduce la tendencia al filo aportado. Para piezas frágiles o inestables.

Operaciones de Fresado

Se clasifican teniendo en cuenta la superficie mecanizada, la forma o el movimiento de la herramienta:

1. Planeado: Escuadrado, planeado, cajeado, recanteado.
2. Fresado por generación: Tornofresado, mecanizado de engranajes.
3. Fresado de perfiles: Ranurado, corte (separación), cajeado helicoidal.
4. Operaciones de fresado de forma: Fresado de forma, cajeado helicoidal, cajeado, planeado interrumpido.

Características de los filos:

• Paso grande: Operaciones de desbaste, más estabilidad.
• Paso reducido: Mayor avance, profundidades reducidas.
• Vibraciones: Para reducirlas, usar herramientas con pocos filos, ángulo de desprendimiento positivo, aumentar el paso, usar paso diferencial o reducir la amplitud.

Procesos de Acabado: Rectificado

Procesos: Rectificado, bruñido (agujeros), superacabado (abrasivos tipo cinta), lapeado, pulido y esmerilado (similar al rectificado para quitar rebabas).

Características:

• Múltiples filos con ángulo de desprendimiento muy negativo.
• Rozamiento elevado y temperatura elevada (genera mucho desgaste).
• El grano desgastado se elimina y aparecen nuevos granos (autoafilado).
• Temperaturas muy altas (1000°C), lo que requiere fluidos de corte.

Estirado y Extrusión

Estirado

El material de la hilera debe ser resistente al rozamiento y a las elevadas tensiones de compresión: 1. Metal duro, 2. Cerámica, 3. Diamante. Existe un ángulo óptimo de la hilera para una reducción y un rozamiento dados, en el cual se produce la menor tensión de estirado.

• Estirado en seco: Las hileras pueden estar al aire o en un baño para proteger de la oxidación y asegurar la limpieza.
• Operaciones de preparación: Para liberar el material de cascarilla, óxidos y residuos: 1. Decapado químico, 2. Mecánico, 3. Descascarillado, 4. Cepillado, 5. Granallado.
• Operaciones de regeneración: 1. Recocido (reseteando su curva de deformación).
• Operaciones de acabado: 1. Recubrimientos protectores, 2. Uso de medio lubricante (ascensores) para evitar la entrada de oxígeno en los trenzados del cable.

Extrusión

• Ventajas (V): 1. Coste económico favorable (se reducen operaciones posteriores), 2. Geometrías complejas y variedad de secciones, 3. Buen acabado superficial, 4. Paredes delgadas.
• Temperatura: A mayor temperatura, menor tensión de fluencia y más fácil es la deformación.
• Ventajas en frío: Sin oxidación y buenas propiedades mecánicas.
• Ventajas en caliente: Reduce la presión de extrusión.
• Velocidad: La velocidad de extrusión influye en la temperatura del producto. A alta velocidad, alta temperatura.

Laminación y Forja

Laminación

• Laminación en caliente: Inicia con un tren de desbaste.
• Laminación en frío: Inicia con la limpieza del producto.
• Laminación de tubos: Tubos sin soldadura mediante rodillos oblicuos. Métodos: Cilindros oblicuos (con mandril para el hueco), por conos o por discos (paredes más delgadas).
• Laminación circular: Para anillos de gran diámetro (D > 10m, H > 4m). Fases: 1. Forjado (agujero central), 2. Laminado circular, 3. Expansión.
• Laminador planetario: Grandes reducciones en caliente sin aumentar el diámetro de los cilindros.
• Deformación de cilindros: Flexión y deformación elástica (espesor mayor en el centro; solución: cilindros abombados).

Forja

• Abierta: Matrices universales, para piezas largas o grandes.
• Cerrada (con estampa): Alta precisión, presión en la cavidad. Operaciones: Preconformado, desbaste, acabado y recortado.
• Diseño de estampas: Aumento de resistencia al desgaste (radios de acuerdo), reducir temperatura de contacto y facilitar el flujo.
• Otros tipos: Forja por laminación (rápido), forja orbital (matriz inclinada), recalcado (mordaza y golpe), malaxado y forja radial.

Fabricación Aditiva (Impresión 3D)

PBF (Fusión en Lecho de Polvo)

• Funcionamiento: Capa fina de polvo fundida selectivamente por láser.
• Reconocimiento: Mucho polvo, láser potente, pieza enterrada.
• Materiales: Metales (Titanio, acero) y polímeros (Nylon).
• V/I: Alta complejidad y resistencia, pero muy caro y lento. SLM (metales), SLS (polímeros).

VAT / SLA (Fotopolimerización)

• Funcionamiento: Luz UV endurece resina líquida.
• Reconocimiento: Cuba con líquido, pieza colgando, soportes tipo árbol.
• V/I: Máxima precisión y acabado, pero resina cara y requiere poscurado.

DED (Deposición Directa de Energía)

• Funcionamiento: Cabezal deposita metal y un láser/plasma lo funde al instante.
• Reconocimiento: Soldadura robotizada, chispas, brazos robóticos.
• V/I: Muy rápido, repara piezas, pero acabado pobre (requiere mecanizado).

Otras Tecnologías

• Material Jetting: Gotas de material solidificadas por UV. Multicolor y gran precisión.
• Binder Jetting: Pegamento sobre polvo y posterior sinterizado. Barato, sin soportes, pero piezas frágiles.
• FDM / FFF (Extrusión): Filamento fundido por boquilla. Barato y común, pero menor precisión. Materiales: PLA, ABS, TPU, Nylon.
• Laminación: Unión de hojas cortadas por láser. Rápido y bajo consumo, pero materiales limitados.

Inyección de Polímeros

Fases y Objetivos

Fases: 1. Acercamiento, 2. Inyección, 3. Mantenimiento, 4. Retroceso, 5. Plastificación, 6. Apertura.

Objetivos: Llenado correcto, buenas propiedades mecánicas, ciclos cortos y mínimos desechos.

Viscosidad y Reología

• Menor viscosidad implica menor resistencia al flujo.
• Altas velocidades de deformación disminuyen la viscosidad por la orientación de las cadenas.
• El calentamiento por rozamiento también reduce la viscosidad, permitiendo presiones más bajas.

Variantes de Inyección

• Coinyección: Dos materiales en una misma máquina (bimateriales, reciclados, espumas). Ej: cepillos de dientes.
• Inyección-Compresión: Llenado final por compresión. Ventajas: Reproducibilidad, paredes delgadas, para polímeros muy viscosos, menores tensiones internas.
• Inyección con gas: Introduce nitrógeno (N2) a presión para empujar la masa fundida y ahuecar el interior de la pieza.