Conformación de prototipos mediante fundición y moldeado a presión
El metal se extrae del mineral en la fundición y se funde en lingotes en la planta de fundición. Esta área de procesamiento de metales se denomina prototipado e implica la conformación del metal sin el uso de técnicas de mecanizado. Este proceso es principalmente utilizado por la industria de productos semiacabados.
Por otro lado, las máquinas de fundición a presión y las plantas de hierro fundido procesan directamente los metales de la planta de fundición convirtiéndolos en productos finales. Las máquinas para fundición incluyen hornos, cubetas, máquinas de moldeado continuo y máquinas de extrusión con las que se fabrican perfiles y productos semiacabados.
Conformación de metales
Después de crear un prototipo de metal, el metal se lamina y se procesa en bloques, planchas o tiras. Estos son los primeros pasos del proceso de conformación. Después, el metal se transforma pasando de una forma a otra mediante procesos de prensado, laminado, doblado, plegado o forjado utilizando máquinas diseñadas específicamente para cada uno de estos pasos:
- Los rodillos se utilizan en operaciones de procesamiento de acero y chapa para enderezar y montar láminas delgadas
- Las prensas pueden formar una amplia variedad de productos finales a partir de piezas metálicas en bruto
- Las prensas plegadoras pliegan las hojas de metal con el ángulo deseado
- Las prensas de forja se utilizan para piezas de trabajo sólidas de gran tamaño y a menudo se usan para preparar componentes que estarán sujetos a fuerzas/tensiones bastante grandes
La forja produce productos especialmente duros y resistentes. Sin embargo, para forjar piezas de trabajo más complejas como los cigüeñales a menudo se utilizan varias máquinas de forja de manera sucesiva. Estas herramientas son las que dan la forma deseada a la pieza de trabajo mediante pasos incrementales.
Estos procesos de conformación no alteran la masa del metal, aunque esto no es lo que suele ocurrir con la mayoría de los procesos metalúrgicos. Las prensas plegadoras, cizallas guillotinas y prensas generales se conocen como máquinas de procesamiento de chapa.
Procesos de separación
Los procesos de separación incluyen el mecanizado de piezas de trabajo utilizando las máquinas siguientes:
Las máquinas divisoras más simples en la industria metalúrgica son las cortadoras de chapa y las cizallas que cortan la chapa en una dirección lineal. Luego, pueden usarse punzonadoras y escantonadoras para perforar secciones predefinidas de la pieza en bruto.
En cambio, cuando se trata de mecanizado fino se prefieren las fresadoras CNC, ya que pueden mecanizar bloques de metal en cualquier forma que se necesite y fabricar contornos muy complejos.
Los tornos, por otra parte, se utilizan para producir piezas torneadas de rotación simétrica, por lo que las fresadoras y los tornos también pertenecen al campo del mecanizado.
Las fresadoras CNC de mayor calidad son los centros de mecanizado. Este tipo de máquinas para trabajar metales pueden realizar ambos procesos de fabricación con excelente precisión de repetición y una calidad constante. De hecho, los centros de mecanizado CNC son una de las máquinas más complejas, caras e innovadoras de la industria metalúrgica, algo que se aplica también a la venta en el mercado de segunda mano.
Un tipo especial de fresadora/rectificadora es la máquina talladora de engranajes, que se utiliza para crear engranajes y otro tipo de ruedas dentadas. Los engranajes y otros productos similares tienen que tener una precisión consistente, incluso en la producción en serie, por lo que las máquinas deben ser de muy alta calidad. Así, las máquinas talladoras de engranajes son máquinas muy parecidas a los centros de mecanizado, pero cuentan con una serie de funciones especiales diseñadas específicamente para realizar esta tarea particular. Además, este tipo de máquinas para metalurgia, entre las que también se incluyen las laminadoras y rectificadoras de engranajes, suelen estar situadas a continuación de una instalación de endurecimiento, por lo que los engranajes metálicos son extremadamente resistentes.
Otra pieza sencilla bastante habitual de los equipos de mecanizado son los taladros para metal que se utilizan para fijar orificios ciegos y agujeros pasantes y también para cortar roscas. Sin embargo, actualmente estos taladros de metal normalmente se encuentran integrados en los centros de mecanizado CNC.
Por otra parte, el acabado y tratamiento de las superficies se realizan mediante rectificadoras, pulidoras y lapeadoras. Estas máquinas para metal garantizan que el proceso de abrasión solo quita un centésimo o milésimo de milímetro para obtener resultados extremadamente precisos. Además de conseguir las tolerancias deseadas, las máquinas rectificadoras, pulidoras y lapeadoras también sirven para preparar metales para galvanizar, puesto que la aplicación de acabados cromados a productos metálicos también requiere un tratamiento de pulido exhaustivo.
Por último, otro tipo especial de maquinaria industrial para división y abrasión son las máquinas de erosión. Estas "máquinas de soldadura inversa" funcionan con una corriente eléctrica y pueden crear cavidades altamente precisas en bloques de metal. Las máquinas de erosión se utilizan a menudo en la construcción de herramientas y producen herramientas muy precisas para prensas, punzonadoras y máquinas de moldeado por presión/inyección.
Corte de metales sin herramientas
Además de los procesos de división mecánica como el aserrado, fresado y rectificado, también hay otras maneras de cortar metales que no requieren herramientas.
La forma más sencilla y barata de cortar el metal en piezas es el corte con llama. Este proceso se realiza mediante una llama, que utiliza combustible y oxígeno a altas temperaturas, a través de una pieza de metal. Sin embargo, puede ser un método bastante irregular y a menudo produce boquetes imprecisos de milímetros, incluso cuando se utiliza con equipos de mecanizado CNC. El corte con llama también crea una zona de varios milímetros a lo largo de los bordes candentes en los que el metal se endurece bastante. Si esto no es lo que se quiere para el producto final, entonces esta "zona afectada por el calor" debe ser fresada.
Por otra parte, el corte por plasma es similar al corte con llama, pero es más preciso y menos propenso a crear zonas afectadas por el calor. Utilizando la guía CNC y una mesa de cocción, el corte por plasma puede producir contornos muy precisos incluso en materiales bastante gruesos.
Las máquinas de corte con llama y las máquinas de corte por plasma requieren un material inicial que tenga un espesor mínimo de varios milímetros, aunque este tipo de corte también puede usarse en materiales que tengan varios centímetros de grosor.
En cambio, cuando se trata de hojas delgadas el corte por láser es la opción ideal, ya que produce resultados extremadamente finos y precisos sin causar pérdidas significativas durante el proceso de corte. Sin embargo, a diferencia de lo que ocurre en el corte con llama, el corte por láser no se puede llevar a cabo utilizando dispositivos manuales, ya que por lo general las máquinas de corte por láser son mesas de trabajo estacionarias con control numérico por ordenador (CNC).
Por el contrario, cuando se prefieren procesos de corte en frío, el corte con chorro de agua es la opción más adecuada. Este método concreto utiliza un chorro de agua punzante muy fuerte y un medio abrasivo que corta a través de chapa metálica. También conocido como aqua cut, este procedimiento no produce zonas afectadas por el calor y puede alcanzar niveles muy altos de precisión.
Soldadura de metales
El proceso más utilizado para unir metales es la soldadura. La forma más simple de soldadura es la soldadura por fricción, pero este método se utiliza en muy raras ocasiones. Por el contrario, las soldaduras por arco eléctrico y por arco con gas protector son procedimientos mucho más utilizados. En concreto, la soldadura por arco sumergido (SAW, por sus siglas en inglés) es la opción ideal para chapas muy gruesas.
Los aparatos de soldadura por arco eléctrico y de gas protegido están disponibles en el mercado como herramientas manuales o como máquinas de soldadura estacionarias a gran escala. Los dispositivos de soldadura por fricción y SAW solo se utilizan para procesar piezas grandes.
Otros métodos para la soldadura del metal que también se utilizan habitualmente son el remachado y el encolado.
Tratamiento de la superficie de los metales
Además de las rectificadoras y pulidoras también hay otras máquinas de tratamiento de superficies que han sido diseñadas para su uso con metales. Estas máquinas se pueden dividir en dos categorías principales: máquinas de recubrimiento y máquinas de tratamiento.
Máquinas de recubrimiento
Las máquinas de recubrimiento que se utilizan en la industria metalúrgica son principalmente sistemas de revestimiento galvánicos y cubren el producto de metal acabado con una capa fina hecha con cinc, cobre, oro o cromo. Los sistemas de revestimiento galvánico más simples se conocen como plantas de galvanización por inmersión en caliente y se utilizan principalmente para proporcionar protección permanente contra la corrosión.
Además, también son muy habituales los sistemas de cromado. Estos procesos son bastante complejos y utilizan un procedimiento de inmersión en múltiples etapas donde los productos metálicos se recubren en una fina capa de cromo brillante.
Además de la galvanización, también hay otros procedimientos de recubrimiento con polvo que se pueden utilizar en productos metálicos. Estos procesos someten los productos terminados a una corriente eléctrica que les hace atraer un recubrimiento en forma de polvo que se rocía en su dirección. Una vez revestidos con este polvo de plástico, los productos se llevan a un horno donde los plásticos se funden y forman una superficie sin costuras que da al producto el color deseado y protege al metal contra la corrosión durante toda su vida útil.
Además, los metales también se pueden recubrir utilizando otros procedimientos de pintura y adhesión.
Máquinas de tratamiento
Las máquinas más utilizadas para el tratamiento térmico del metal son las plantas de endurecimiento/templado mediante calor. Estas máquinas metalúrgicas industriales consisten en un horno de recocido y un baño de aceite, y trabajan calentando y enfriando rápidamente la pieza de trabajo para crear una superficie resiliente y templada.
Por lo general, los productos metálicos endurecidos se usan cuando se van a llevar a cabo procesos de abrasión, por lo que normalmente las ruedas dentadas, los casquillos de cojinetes, los ejes y las trayectorias de rectificado reciben una superficie endurecida para aumentar la vida útil del producto final.
Comprobaciones de precisión con máquinas de medición y pruebas
Se dice que un producto final es tan bueno como su peor componente, por eso hemos desarrollado una gama de máquinas de medición y prueba para garantizar que todas y cada una de las partes de la construcción tienen exactamente las propiedades y dimensiones correctas. La prueba de materiales es una parte fundamental del procesamiento de metales y, en líneas generales, puede dividirse en dos categorías diferentes: pruebas "destructivas" y "no destructivas".
Procedimientos de prueba de metales destructivos
Las máquinas tradicionales utilizadas para las pruebas destructivas son las máquinas de pruebas de tracción que funcionan fijando una muestra de metal en un dispositivo de tensión y tirando de ella hasta que se rompe. Así, se ayuda a definir con precisión las áreas elásticas y deformantes de un material concreto.
También se utilizan martillos de impacto con muescas para investigar la resiliencia de un material. En este caso se trata de martillos giratorios que golpean una muestra de metal para determinar la fuerza que se necesita para romperlo.
Las máquinas de pruebas de dureza también requieren una muestra definida y pretratada que penetran con una fuerza definida utilizando una aguja para medir a cuánta profundidad pasa la aguja en el material. Sin embargo, en los últimos años las máquinas de pruebas de dureza manuales que se habían estado utilizando hasta ahora han ido dando paso gradualmente a otros sistemas automatizados.
Por último, para obtener una visión general detallada de la composición de un producto de metal se debe utilizar un espectrómetro que examina en detalle la estructura del metal y de cualquier aleación que esté presente en él.
Procedimientos de prueba de metales no destructivos
Los métodos de prueba que no destruyen la muestra consisten en pruebas visuales, táctiles y de penetración.
Los procesos visuales para probar los metales incluyen todos los pasos de prueba que se pueden realizar a simple vista con reglas, cintas métricas, dispositivos deslizantes de medición, tornillos de prueba, lupas o microscopios. De hecho, la industria ofrece una gran selección de diferentes herramientas de prueba para llevar a cabo la inspección visual de los metales. Además, hoy en día, estas máquinas también se utilizan en combinación con dispositivos láser de medición extremadamente precisos.
Por otra parte, los métodos de medición táctiles pueden consistir, por ejemplo, en sistemas de medición de coordenadas 3D que funcionan utilizando una sonda o cabeza de exploración altamente sensible sobre un producto metálico para medir su precisión dimensional en una selección de puntos predefinidos. Este es el método que se utiliza habitualmente para verificar las construcciones soldadas.
Por último, hay dos métodos principales para observar dentro del metal sin destruirlo: las radiografías y los ultrasonidos. Las radiografías son muy precisas y fiables, pero también bastante peligrosas debido a la radiación que emiten y esto, por lo general, es especialmente problemático porque, dependiendo del material, algunas pruebas pueden llevar varias horas.
Por el contrario, los procedimientos por ultrasonido son mucho más rápidos, menos peligrosos y se pueden realizar con dispositivos manuales o estacionarios.
