Procesos de conformado e mecanizado de metais: forxa, chapa, torneado, fresado e moldeo

Procesos de conformado e mecanizado de metais

1. Forxa

Forxa: estampado e compactación do material dentro dun molde entre dous dados, endurecido en quente. Materiais dúctiles, plásticos e maleables: aluminio, zinc, plomo e latón.

• Forxa manual (iunque, martelo, tenazas), por impacto (martinete) e graduada (prensa).
• Forxa libre sen matriz e forxa estampada (con ou sen rebarba; cústa extraer a peza).

Recalcado: aumentar o diámetro dunha sección, quentando a zona e deformándoa (cabeza de cravos e parafusos).

Corte: por tallado en tres pasos.

Punzonado: mandrinado e uso de mandril.

Desgüello: comprimir e aplanar a peza; primeira ranura para colocar a ferramenta.

2. Chapa metálica

Chapa: flejes (fleje metálico) e platinas de distintas seccións en aceiro, aluminio, hojalata e latón. O recocido aumenta a tenacidade.

• Plegado: mediante matriz e punzón, ata un ángulo menor ao desexado.
• Corte: o punzonado obtén unha placa cortada; o corte obtén un perfil.
• Troquelado: estampa de corte.
• Cizalla: corte mecánico.
• Oxicorte: corte por gas (O₂ oxida o material).
• Corte láser/plasma: maior precisión e maior grosor admitido.
• Corte por chorro de auga: evita cambios de fase e deformacións por calor; a auga leva partículas cerámicas.
• Punzonado: claro entre matriz e punzón, xogo entre diferentes diámetros; pode deixar rebarba.
• Estampación: conformado de chapa por presión.
• Agrafado: unión de dúas chapas mediante dobrado e presión; para reforzar, réxense tres pregamentos.
• Bordonado (grapado): fai bordos sen cortar o borde, estampándoo.
• Cercado: bordonado con alma chea, con alambre.
• Repulsado: conformado con dificultade de precisión.
• Flowforming: para tubos; deformación en frío, alta precisión dimensional, presión con rodillos, paredes delgadas e reducción do 90 %.

Outros termos: matriz progresiva, control numérico, forza de prensa.

3. Mecanizado por arranque de viruta

Forma a peza por arranque de material. Permite tolerancias estreitas e detalles pequenos e complexos. Serve para todos os metais.

• Debilita menos o material que a forxa e ofrece maior precisión dimensional; a deformación non debilita a fibra.
• Operacións: primeira pasada para retirar moito material (desbaste primario); segunda pasada para afinar (acabado, a etapa máis lenta).
• Procesos lentos e custos altos por man de obra, maquinaria e mantemento (aceite, desgaste).
• Rectificado: complementa os procesos mecanizados. A velocidade de desbaste é menor que a de acabado.
• Materiais das ferramentas: aceiros rápidos, estelites (base metálica e máis duros), cerámicos (óxido de aluminio), cermets (composto de metal e cerámica, nitruro), borazón e diamante (97 %; custo elevado e pouco usado). O diamante é moi caro e úsase na punta das brocas. O WIDIA é un material composto de carburo de wolframio e cobalto, con propiedades próximas ás do diamante.
• Ranuras da ferramenta: rompen a viruta; as ferramentas vanse reducindo.
• Fluído de corte: temperatura e coeficiente de fricción son parámetros a ter en conta.
• Aceite de corte: refrixera e reduce a temperatura ou o coeficiente de fricción.
• Sinterizado: comprimir o material con prensa e despois tratamento térmico para unilo. Alta dureza e maior ductilidade grazas ao metal dentro da cerámica.
• CNC: todos os procesos mecanizados. Seis graos de liberdade (tres eixes de xiro da ferramenta e tres de desprazamento); 3x1 (tres graos e cabezal).
• Parámetros de corte: profundidade de corte (cantidade de viruta por pasada), avance (velocidade lineal á que avanza a ferramenta) e velocidade de corte (velocidade relativa entre ferramenta e peza, angular).

Tres métodos en común, que dan voltas: torneado, taladrado e fresado.

4. Torneado

Operacións: a peza xira.

• Diámetro cilíndrico, reducir (cilindrado).
• Refrentado: modificar a cara lateral.
• Mandrinado: aumentar o diámetro inferior do burato, con avance por interior.
• Refrentado interior: traballa o interior.
• Definir sección: perfilado.
• Roscado: o avance e o paso deben coincidir; avanzar segundo o paso.
• Roscado interior: ISO (métrico, 60º) e Whitworth (55º).
• Ferramenta de forma externa e interna.

Mandrilado: paralelo ou en cruz; operación complementaria ao torno, sen arranque de viruta.

Suxeición: a peza suxéitase no torno. Necesítase un prato de garras: catro correderas laterais que, por presión, a deixan conectada ao plato fixado no torno.

Todo isto pode flexionar o eixe; por iso empréganse contrapunto.

Can de arrastre / brida de arrastre: apoia a peza en dous puntos.

5. Taladrado

O avance da ferramenta é paralelo ao eixe da ferramenta.

Broca: dous fíos de corte (punta de diamante), 120º, canal helicoidal para extraer material. Materiais da ferramenta: metal duro (WIDIA), sinterizado, aceiros rápidos.

Mandril: suxeita a broca. Taladros de columna, telescópicos, multiusillo (máis dun taladro) e radiais.

Operacións complementarias: terraja (tuercas para obter roscas exteriores) e macho de roscar.

• Roscado de fío: só roscas.
• Avellanado (tipo cónico), perpendicular para apoiar a cabeza do parafuso. Evita o desaparafusamento.
• Escariado: rectificar o burato.
• CNC.

6. Fresado

Avance da ferramenta perpendicular ao eixe de xiro da ferramenta.

• Fresado periférico: rebaixar grosor, na dirección cara onde se rebaixa. Rebaixar, ranurar (ranura) e perfilado de forma.
• Ferramenta de forma para engrenaxes: fresa de módulo. Módulo = paso/π; paso (p) = 2πR/nº de dentes (z).
• Cola de milano, forma de T, forma de disco e fresas de diámetros moi pequenos (fresolinas).
• Para facer roscas: fresas madre (ranuras helicoidais). Para facer cabezas de parafuso: microcerámica e microfresas.
• Tóricas: teñen esferas na punta, non unha esfera xeral.
• Tipos de fresas: horizontal, vertical e universal.
• Fresado frontal: paralelo á superficie, planear a superficie, rebaixar.
• Fresa: fíos de corte laterais, non na punta.

Dous métodos que non dan voltas:

• Cepilladora: para facer regatas.
• Perfilado: dar perfil, movemento transversal.
• Brochado: aumentar o diámetro do burato; despois rectifícase.

7. Repulsado

Deformación do material por rotación, en todo tipo de metais. Permite formas complicadas sen trqueis custosos.

• Aumento da conformabilidade e maior dureza.
• É difícil que aparezan fallos no proceso.
• Espesores de parede mínimos.
• Evita os cordóns de soldadura.

Materiais: aliaxes de aluminio, aceiros, aceiro-carbono (máis duros), aliaxes de alta resistencia, aliaxes de cobre, de aluminio e de bronce. Adoitan ser brandos e dúctiles.

Metodoloxía: material en frío, redución do espesor ata o 90 %.

Xeometrías: rugosidade de 1 a 2 micras. Dimensión mínima: diámetro 150 x 2 mm. Dimensión máxima: diámetro 3000 x 12 mm. Dimensión máxima con CNC flowforming: L = 4000 mm, diámetro = 600 mm, espesor = 2 a 10 mm.

Aplicacións: cuncos, ollas, conos.

8. Laminado de fibra de vidro

Cliente / contratación: estudo de deseño ou subcontratación de estudo de enxeñaría (orzamento da enxeñaría e orzamento de custos de materiais / subcontratación de provedores: material + fabricación).

• Custos: elevado custo de ferramentas e custo unitario.
• Aplicacións: aeronáutica, náutica, automoción, mobiliario, piscinas.
• Utilidades: produtos lixeiros de alto rendemento e gran tamaño.
• Procesos: moldes de SMC (con control numérico) e termoconformado.
• Idoneidade do proceso: baixa e media produción.
• Carencia do produto: traballo longo.

Materiais: molde, desmoldeante, resina epoxi, reforzos e fibra de vidro (esta prodúcese por un proceso de fiado en fusión; o conxunto forma unha fibra).

Metodoloxía: necesítase un molde, femia ou macho. Aplícase cun pincel unha primeira capa de desmoldeante, que actúa como separador unha vez laminada. Cando o desmoldeante seca, unta-se o molde uniformemente con resina epoxi e aplícase a primeira capa de fibra de vidro con pincel ou vidro. O laminado, ou colocación de capas, continúa ata alcanzar o espesor desexado. O curado da resina faise a temperatura ambiente ou acelerando o proceso a 40-60 ºC; de non ser así, os disolventes evaporan e provocan bolhas ou defectos no laminado.

Para pezas de alta resistencia faise o proceso en autoclave.

Para desmoldar aplícase aire a presión entre a peza e o molde. Algunhas pezas deben recortarse a man ou por control numérico.

Os moldes poden ser de madeira, poliuretano etc.

Para dar máis protección e rixidez, as mantas de fibra de vidro entrecrúzanse (diferente orientación).

Os tamaños son variables.

9. Moldeo do metal

Proceso de alta velocidade que usa a presión para forzar o metal fundido a entrar no molde de aceiro, creando xeometrías tridimensionais complexas e de gran precisión.

• Custo da peza: alto custo do molde e baixo custo da peza.
• Calidade das pezas: alta calidade e repetitividade.
• Aplicacións: automoción, iluminación, produtos de cociña.
• Procesos similares: forxa, fundición, moldeo en area.
• Idoneidade: alta produción.
• Velocidade de fabricación: alta velocidade do ciclo de traballo, que depende das dimensións da peza.

Metodoloxía: as partículas sólidas da aliaxe entran no alimentador. Transpórtanse ata a tolva, onde o metal se funde. O material entra en estado líquido no molde, empuxado polo pistón. O material sobrante fúndese de novo para volver ser inxectado no molde.

Xeometrías e acabados: rugosidade de 1 a 2 micras. Os acabados poden ser pintado e pulido, satinado, areado, granallado, vibropulido, anodizado (aluminio) e baños electrolíticos (cromo, prata, níquel etc.).

As pezas teñen moita calidade porque en varios casos teñen post-procesos: mecanizado, roscas, torneado etc.

Unha vez inxectadas as pezas, mecanízanse para eliminar os canais de inxección e os sobrantes. Os sobrantes serven para que o material flúa por toda a xeometría da peza e para evitar bolsas de aire no interior (que debilitan a peza). Estes canais ou sobrantes fúndense de novo para reutilizalos.