UNIDAD 4 PROCESOS DE CONFORMADO SIN ARRANQUE DE VIRUTA (Maquinados no convencionales)

CHORRO DE AGUA Y ABRASIVOFunciona como una sierra y corta una ranura angosta en el material. Corta diversos materiales: plásticos,

tela, hule, madera, papel, cuero, materiales aislantes.Por ser muy eficiente se usa en la industria alimenticia para cortar alimentos.Existen dos sistemas de corte, uno mediante un chorro de agua , el cual es utilizado para cortar materiales blandos como madera, plásticos o alimentos; y el segundo que se mezcla el agua con un abrasivo (sustancia cuyas características afectan a otros materiales) para cortar materiales más duros, como aleaciones metálicas, acero, etc.

En general, este método trabaja forzando un cierto caudal de agua altamente presurizado a través de un orificio de un diámetro muy pequeño (tobera), formando un delgado chorro de altísima velocidad. Este impacta el material con una gran fuerza en un área muy reducida, lo que provoca pequeñas grietas “erosionan” el material, cortándolo.

Para generar la presión necesaria, se cuenta con dos sistemas: las bombas de émbolos y el llamado “intensificador de presión”

Las primeras poseen generalmente tres émbolos conectados a un cigüeñal e impulsado por un motor eléctrico. Pueden llegar a generar presiones bajas y medias sin problemas. La principal ventaja de estas bombas es que es muy eficiente en las presiones mencionadas y su principal desventaja es que sobre estas presiones se torna insegura y produce importante variabilidad en el caudal de entrega.

El “intensificador de presión” consiste principalmente en un cilindro con diferencia de diámetros y un pistón con igual diferencia. La sección del pistón con mayor diámetro es impulsado por un fluido hidráulico, produciendo una presión mucho mayor sobre el agua debido a la diferencia de diámetros. Las presiones normales que pueden generar son por sobre los 400Mpa y se ha llegado a los 690Mpa. Ventaja. Se puede iniciar el corte en cualquier lugar sin requerir orificios ya taladrados, no produce calor, humedece un poco la pieza, rebabas mínimas, seguro para el ambiente.- Maquinado con chorro abrasivoSe dirige un chorro de alta velocidad de aire seco (nitrógeno o CO2) con partículas abrasivas.Corta pequeños orificios, materiales metálicos y no metálicos muy duros, elimina pequeñas esquirlas, recorta y bisela, quita óxidos, limpieza general para superficies irregulares.El flujo de las partículas tiende a redondear esquinas por lo que se debe de mantener alejado de esquinas agudas y es realizado por un operador de forma manual.

MAQUINADO ELECTROQUIMICO

El maquinado electroquímico (ECM) es un maquinado que difiere de las técnicas convencionales para cortes de metales en que se utilizan energía eléctrica y química como herramientas de corte. Con este proceso se remueve el metal con facilidad, sin que importe su dureza. En el maquinado electroquímico, se disuelve el metal de la pieza de trabajo en una solución de electrolito.

¿Cómo se realiza este proceso?

1.- Se sumergen dos barras de metales (cobre, bronce o acero inoxidable) desiguales en una solución de electrolito.

2.- Se conecta una barra al conductor o terminal negativo de una fuente de corriente continua. La segunda barra se conecta a la terminal positiva.

3.- Cuando se cierra el circuito circula corriente continua (CC) a través del electrolito entre las dos barras de metal.

Se pasa una corriente continua a través de una solución de electrolito entre el electrodo, que es la “herramienta” y tiene la forma de la cavidad deseada, que tiene carga negativa y la pieza de trabajo que tiene carga positiva. Esto

ocasiona la remoción del metal delante del electrodo al avanzarlo hacia la pieza de trabajo. La reacción química ocasionada por la corriente continua en el electrolito disuelve el metal de la pieza de trabajo.

Electrodo y Corriente

El electrodo para SM no es una simple varilla de metal, sino una herramienta de precisión aislada hecha a la forma y tamaño exactos necesarios y a lo largo del cual se hace pasar el electrolito. El electrodo y la pieza de trabajo, aunque están separados apenas 0,002 a 0,003 pulgadas (0,005 a 0,007 milímetros) nunca se topan entre sí. La solución de electrolito esta en circulación constante y controlada y es conductora de la corriente (el electrolito suele ser una solución salina muy corrosiva). La corriente continua, a veces, puede ser de 10.000 A/pulgada2 (1550 A/centimetro2) según el material de la pieza: la cantidad de remoción del metal esta en proporción directa con la corriente que pasa entre el electrodo y la pieza de trabajo. Una corriente elevada producirá remoción rápida del metal y a la inversa con una corriente baja.

Características

La herramienta de corte es un electrodo fijo que tiene la forma de cavidad requerida en la pieza de trabajo; por lo tanto, se pueden producir formas escuadradas o difíciles de cortar. El desgaste de la herramienta es insignificante porque nunca toca la pieza de trabajo. El maquinado electromecánico es adecuado para producir agujeros redondos pasantes, cuadrados pasantes, ciegos redondos o cuadrados, cavidades sencillas con lados rectos y paralelos y para operaciones de cepillo. Su utilidad es mucho mayor en metales cuya dureza es mayor de 42 rockwell C (400 Brinell). Una ventaja importante del ECM es que no se deforman las superficies y cantos de las piezas de trabajo y quedan libres de viruta (El electrodo (“herramienta) nunca hace contacto con la pieza de trabajo). La velocidad de Remocion del Material se calcula por medio de la primera Ley de Faraday,que establece que la cantidad de cambio quimico que produce una corriente electrica (esto es,la cantidad de metal disuelto) es proporcional a la cantidad de electricidad transmitida ampere/segundo.

Ventajas del Maquinado Electroquímico.

No se genera calor durante el maquinado y, por lo tanto, no hay deformación de la pieza de trabajo.

Se puede maquinar un metal de cualquier dureza.

En el ECM no hay rotación de la “herramienta”.

El desgaste del electrodo (herramienta) es insignificante porque nunca toca la pieza de trabajo.

La pieza de trabajo queda libre de rebabas.

Es fácil producir piezas de trabajo, las formas complejas, cuyo maquinado es difícil con otros procesos.

TROQUELADO FOTOQUIMICO

MAQUINADO CON DESCARGA ELECTRICAUtiliza la energía eléctrica para eliminar material de la pieza sin necesidad de tocarla. Se aplica una

corriente de alta frecuencia entre la punta del útil y la pieza, haciendo que choquen chispas que vaporizan puntos pequeños de la pieza.Pueden realizarse operaciones delicadas con piezas frágiles.

Los procesos de remoción de material con descarga eléctrica retiran metal mediante descargas eléctricas discontinuas que producen temperaturas localizadas suficientemente altas para fundir o vaporizar el metal en la región inmediata a la descarga. Los procesos principales son: maquinado por descarga eléctrica y maquinado por descarga eléctrica con alambre.La forma de la superficie de trabajo acabada se produce mediante una herramienta formada por electrodos. Ocurren chispas a través de una pequeña separación entre la herramienta y la superficie del trabajo. Este proceso debe realizarse en presencia de un fluido dieléctrico, el cual crea una trayectoria para cada descarga conforme se ioniza el fluido en la separación. Las descargas se generan mediante un transformador de corriente directa pulsante conectado al trabajo y la herramienta. Debe señalarse que a altas temperaturas de chispas que funden el trabajo también afectan a la herramienta, creando una pequeña cavidad en la superficie opuesta a la cavidad producida en el trabajo. Por lo general se mide como la razón del material de trabajo removido entre el material removido de la herramienta.

Los electrodos están hechos de grafito, cobre, bronce, tungsteno, plata y otros materiales. La selección de este depende del tipo de circuito del tranformador de corriente disponible en la maquina para el maquinado, el tipo de material de trabajo que se va a maquinar y si se va a pulir o dar un acabado al material.

Maquinado por descarga eléctrica con alambreEl corte por descarga eléctrica con alambre es una forma especial del proceso de maquinado por descarga eléctrica, que usa un alambre de diámetro pequeño como electrodo para cortar un canal delgado en el trabajo. La acción de corte se obtiene por medio de energía térmica, a partir de las descargas eléctricas entre el alambre electrodo y la pieza de trabajo.la pieza de trabajo se alimenta de forma continua y lenta atravez del alambre para obtener la trayectoria de corte deseada, de un modo parecido a una operación con sierra cinta.Los diámetros de los alambres varian entre .003 y .012 pulgadas. Dependiendo de la anchura de corte requerida. Los materiales que se usan para el alambre incluyen laton, el cobre, el tungsteno y el molibdeno. Los fluidos dieléctricos incluyen el agua deionizada o el aceite.

MAQUINADO DE HAZ DE ELECTRONES

La fuente de energía está formada por electrones de alta energía que chocan con la superficie de la pieza y generan calor. El diámetro transversal típico del haz de electrones está comprendido entre 10 y 200 mm para el punto de focalización sobre la pieza. Se usan voltajes del orden de los 100kV para llevar a los electrones a velocidades de casi el 80% de la velocidad de la luz.En términos de aplicaciones es muy parecido al maquinado por rayo láser con la diferencia que necesita de un vacío. Utiliza electrones acelerados a una velocidad equivalente a tres cuartas partes de la velocidad de la luz. Se realiza en una cámara de vacío y la corriente de electrones (que se convierte en calor) choca contra un área de la pieza delimitada con precisión provocando que el material se funda y se evapore, creando orificios o cortes.Se usan en electrónica para grabar circuitos de microprocesadores y para cortes muy exactos.El acabado es superficial y el ancho del corte es mas angosto que para otros procesos térmicos de corte.Ventajas:Se pueden crear o modificar piezas en el espacio. Posibilidad de emplear menores cantidades de material (por ejemplo titanio) en la fabricación de piezas, lo que significaría ahorro energético. Una mayor cantidad de material disponible para su reutilización.Una menor cantidad de emisiones contaminantes.Menor costo que otros procesos de maquinadoRapida Fabricación de PiezasDesventajas:Requiere de cámara de vacíoEl material elegido debe ser compatible para su uso con un haz de electrones.

Tiene un peso excesivo, lo que dificulta su funcionalidadas aplicaciones comerciales para el EBF3 ya han sido estudiadas, además de haber ensayado su potencial, y no es para nada descabellado pensar que dentro de unos años los aviones podrán volar con grandes piezas estructurales creadas mediante este proceso. La investigación fue difundida en una nota de prensa de la NASA.

EBF3 Un grupo de ingenieros de la NASA ha creado un dispositivo que permite crear en la realidad diferentes formas, piezas y objetos de metal, en base a diseños 3D incorporados previamente y con metales preparados para trabajar con un haz de electrones. El mecanismo permitiría desarrollar piezas aeronáuticas a un menor costo, en un menor tiempo y más eficientes desde el punto de vista técnico y ambiental. EBF3 funciona mediante una cámara de vacío, donde el haz de electrones trabaja sobre el metal, que se funde y luego se modifica de acuerdo a los requerimientos del modelo o diseño incluido, hasta que la pieza esté completa.

MAQUINADO CON RAYO LASER

Concentra la energía luminosa de un láser para remover material mediante vaporización y desgaste.El láser en un transductor óptico que convierte energía eléctrica en un haz luminoso altamente coherente y es monocromático (onda de longitud única) y sus rayos son casi paralelos.

Esto permite enfocar la luz en un punto muy pequeño produciendo densidades muy potentes.No requiere vacío, y se emplea para maquinar diversos materiales metálicos y no metálicos.Hay varios tipos:a) CO2 (más usado, junto con los de estado sólido y realiza operaciones de taladro, corte en tiras, ranurado,

grafilado y marcado)b) Neodimio: granate de itrio y aluminioc) Vidrio y rubíd) De excímeros (excitado y dímero excitado, dos átomos o moléculas unidos a electrones a un solo nivel de

excitado de energía)El maquinado por rayo láser no se considera proceso de producción masiva y se usa en materia prima delgada. Incluye alta absorción de energía luminosa, baja reflectividad, buena conductividad térmica, baja temperatura específica, de fusión y de evaporación. Trabaja en metales con alta dureza y resistencia, metales suaves, cerámica, vidrio y cristal epóxico, plástico, hule, textiles y madera.

El termino rayo laser es una abreviacion de “amplificacion de la luz por la emision estimulada de la radiacion”’ Es un poderoso rayo monocromatico de la luz, el cual se enfoca de modo que sea un millon de veces mas brillante que el sol. El maquinado por rayo laser es un proceso termoelectrico aplicado para evaporacion de materiales, aunque algunos son removidos en estado liquido a alta velocidad. Un destello de luz relativamente débil es amplificado en el rubí, debido a que ciertos iones del cromo en el rubí, emiten fotones a medida que el rayo de luz rebota atrás y adelante, dentro de el. Esta energía liberada del rubí, acelera la intensidad del rayo de luz que abandona a la varilla y se enfoca sobre la pieza a trabajar. El laser de rubí es mas eficiente, cuando se le mantiene muy frio y sirve para este propósito, el nitrógeno liquida a -196°C. El destello de luz opera mejor cuando esta caliente; por consiguiente, el aire caliente circula encima. La cámara vacía al vacío entre el rubí y la lámpara de destello, actúa como aislante, y permite mantener las dos temperaturas. La lámpara emite desde un destello cada 3 min hasta 12 destellos por minuto. La energía del laser es aplicada a la pieza en menos de 0.002s. Además, del laser de rubí, hay otros tipos de laser de estado gaseoso utilizando CO2 y otros gases, así como laser de estado liquido y laser semiconductor. Los cuatro involucran el uso de un rayo de luz claro. Los rayos laser maquinan a través de materiales trasparentes y pueden vaporizar algunos metales conocidos. Tienen pequeñas zonas calientes, y trabaja fácilmente con materiales no metálicos.

DESVENTAJAS

Son el alto costo del equipo, la baja eficiencia de operación, dificultad en el control de la precisión y se usa principalmente para piezas pequeñas

VENTAJASUna aplicación importante de los laser es en el área de soldadura.

MAQUINADO CON ARCO ELECTRICO

Cortes por arco de electrodo de carbón y de electrodo revestido:En ambos casos se emplea un arco eléctrico para fundir el metal que, seguidamente, desaparece por cisión por gravedad o merced del impulso del arco. Su uso se limita fundamentalmente a pequeños talleres, garajes y trabajos caseros, para los que la inversión es reducida.Corte por arco con chorro de oxígeno:En este proceso el corte lo realiza un arco eléctrico con la ayuda de una corriente de oxigeno. El electrodo es un tubo de metal férreo, cuya pared sirve de conductor para mantener el arco y cuyo interior hace de conducto de oxigeno que lanza a la zona incandescente. En los metales fácilmente oxidables, tales como el acero, el arco simplemente precalienta el metal base, que se oxida, se licua y es expulsado por el chorro de oxigeno.Corte por arco con electrodo de carbón y aire: El corte por arco con electrodo de carbón y aire es el procedimiento de corte por arco más utilizado. En este, el arco se mantiene entre un electrodo de carbón y la pieza, mientras, sobre el metal líquido, se proyectan chorritos ultrarrápidos de aire procedentes de orificios existentes en el porta electrodo. Dado que el metal fundido se oxida parcialmente, el efecto primario de la corriente de aire es expulsarlo del corte junto con los óxidos. Esta operación se destina principalmente a cortar fundiciones y abrir ranuras en planchas de acero como preparación para el soldeo. Puede efectuarse sin dificultad hasta a velocidades de 600mm/min aunque es también aplicable al corte de aceros inoxidables y aleaciones no férreas, para esto resulta más eficiente el corte por plasma. Los inconvenientes del corte por arco con electrodo de carbón al aire son su radiosidad y la dispersión de partículas metálicas calientes en toda la zona extensa.Corte por arco en atmosfera inerte con electrodo fusible: Si, en el soldeo MIG, se ajustan la velocidad de alimentación del electrodo y otras variables, de tal manera que aquél llegue a traspasar la placa por completo, se tendrá un corte y no una soldadura. Aquí, la velocidad de alimentación regula la calidad del corte y la tensión eléctrica determina la anchura de la cisión.Corte por arco en atmosfera inerte con electrodo de wolframio: El corte por arco en atmosfera inerte con electrodo de wolframio, más conocido como corte TIG por las mismas razones que el soldeo TIG, se usa primordialmente para abrir agujeros, de hasta unos 10 mm, en chapas de acero. En la figura 32-9 se muestran algunos agujeros abiertos por este procedimiento.Corte por plasma: Los sopletes que se emplean en el corte por plasma producen la temperatura más elevada ente todas las fuentes disponibles. Por ello, son muy útiles para cortar metales, especialmente los férreos e inoxidables, imposibles de cortar mediante el proceso de oxidación que provocan los sopletes de oxicorte normales. El proceso de corte con arco de plasma, también denominado PAC (plasma arc cutting), separa metal empleando un arco constreñido para fundir un área localizada de la pieza de trabajo, que al mismo tiempo elimine el material derretido con un chorro de alta velocidad de gas ionizado que sale por el orificio de constricción. El gas ionizado es un plasma, de ahí el nombre del proceso. Los arcos de plasma por lo regular operan a temperaturas de 10 000° a 14 000°C.

Características especiales del proceso

Esta moderna tecnología es usable para el corte de cualquier material metálico conductor, y más especialmente en acero estructural, inoxidables y metales no férricos.

El corte por plasma puede ser un proceso complementario para trabajos especiales, como pueden ser la producción de pequeñas series, la consecución de tolerancias muy ajustadas o la mejora de acabados.

También se produce una baja afectación térmica del material gracias a la alta concentración energética del arco-plasma. El comienzo del corte es prácticamente instantáneo y produce una deformación mínima de la pieza.

Este proceso permite mecanizar a altas velocidades de corte y produce menos tiempos muertos, (no se necesita precalentamiento para la perforación).

Permite espesores de corte de 0.5 a 160 milímetros, con unidades de plasma de hasta 1000 amperios. El corte por plasma también posibilita mecanizados en acero estructural con posibilidad de biselados hasta en 30 milímetros.

Una de las características más reseñables es que se consiguen cortes de alta calidad y muy buen acabado.

Ventajas

En comparación con los procesos de corte mecánicos, la cantidad de fuerza requerida para sostener la pieza

de trabajo en su lugar y desplazar el soplete (o viceversa) es muy inferior en el caso del proceso de corte con

arco de plasma, que no hace contacto

En comparación con el OFC, el proceso de corte con plasma opera en un nivel energético muy superior, lo

que permite mayores velocidades de corte.

El PAC tiene la ventaja de iniciarse inmediatamente, sin necesidad de precalentamiento. El inicio instantáneo

resulta especialmente ventajoso en aplicaciones que implican interrupción del corte, como en el corte de

mallas.

Desventajas

En comparación con la mayor parte de los métodos de corte mecánicos, presenta peligros como son incendio,

choque eléctrico, luz intensa, humo y gases, y niveles de ruido que probablemente no estén presentes en los

procesos mecánicos.

Es difícil controlar el PAC con tanta precisión como algunos procesos mecánicos, para trabajos con

tolerancias estrechas.

En comparación con el OFC, el equipo de PAC tiende a ser más costoso, requiere energía eléctrica y presenta

peligros de choque eléctrico.

Equipamiento

El equipo necesario para aportar esta energía consiste en un generador de alta frecuencia alimentado por energía eléctrica, gas para generar la llama de calentamiento, y que más tarde se ionizará (argón, hidrógeno, nitrógeno), un electrodo y portaelectrodo que dependiendo del gas puede ser de tungsteno, hafnio o circonio, y por supuesto la pieza a mecanizar.

Gas-plasma

Los principales gases que se utilizan como gases plasmágenos son, argón, nitrógeno y aire, o mezcla de estos gases, en general se utiliza el nitrógeno por su mejor comportamiento respecto a la calidad del corte y garantiza una durabilidad de la boquilla. El chorro del gas–plasma utilizado en el proceso se compone de dos zonas:

Corte con OxiacetilenoEl corte con oxiacetileno, llamado a veces oxicorte, se utiliza solo para cortar metales ferrosos. La fusión del metal tiene escasa importancia en el corte con oxiacetileno. La parte más importante del proceso es la oxidación del metal.

Cuando se calienta un metal ferroso hasta ponerlo al rojo y, luego se le expone a la acción del oxigeno puro ocurre una reacción química entre el metal caliente y el oxigeno. Esta reacción, llamada oxidación, produce una gran cantidad de calor.

Presiones para corte.Igual que en la soldadura, cuanto más grueso sea el metal, mayor es el tamaño de la boquilla requerida.Operación del equipo de oxicorte.El proceso de oxicorte de metales ferrosos es una reacción química la que aprovecha oxigeno y metales ferrosos en especial a altas temperaturas (900°C). En este proceso se percalina el material ferroso hasta la temperatura de igniciones este momento una corriente de oxigeno sale por el orificio central la boquilla se oxida violentamente la material base. La fuerza con la que sale él oxígeno, produce un efecto de erosión; una vez iniciado el corte hay una determinada velocidad que permita continuarlo. Este avance puede ser automático o manual. Las llamas por calentamiento se forman en una serie de orificios periféricos que tiene la boquilla de corte. Se produce un retroceso de llama cuando se introduce en el mezclador del soplete. Antes de producirse el retroceso de llama se produce una explosión en la boquilla en el corte de oxiacetileno el combustible propio metal ferroso, la temperatura de ignición (900°C) se obtiene con llamas de precalentamiento; la temperatura de ignición (446°C)se obtiene con el encendedor de chispa. Estos factores se expresan el triángulo de oxicorte.CORTE CON ARCO DE PLASMA.- Se utiliza un chorro de gas ionizado (plasma) a alta temperatura y gran velocidad para fundir y eliminar el metal. Se utiliza para cortar materiales difíciles de seccionar, como el acero inoxidable y las aleaciones de aluminio. El proceso es rápido y el acabado superficial es bueno. Esta muy automatizado y usa controladores programables.

Una plasma se define como un gas super calentado eléctricamente y ionizado. El corte con arco de plasma, CAP, usa una corriente de plasma que opera a altas temperaturas, situadas en el rango de 18 000 a 25 000 °F, ( 10 000 a 14 000 ° C) para cortar metal por fusión .

En la acción del corte se dirige la corriente de plasma rápidamente hacia el trabajo, esta misma acción funde e impulsa el metal por el canal.

CARACTERISTICAS:

El arco del plasma se genera entre un electrodo y la pieza de trabajo ánodo.

El plasma fluye a traes de una boquilla enfriada por agua , que controla y dirige la corriente a la posición deseada.

El chorro de plasma resultante es una corriente de alta velocidad bien alineada con temperaturas extremadamente altas en su centro y calor suficiente para cortar a través de un metal.

Los gases usados para crear el plasma con PAC, incluyen el nitrógeno, el argón con hidrogeno o una mezcla de todos estos, tales fluidos se denominan gases primarios.

CORTE CON ELECTRODO DE CARBON Y AIRE

En este proceso el arco se genera entre un electrodo de carbón y un metal y se usa un chorro de aire a alta velocidad para alejar la parte fundida del metal.

Este procedimiento se usa con el propósito de formar un canal para separar la pieza o para formar una cavidad en la parte.

La cavidad prepara los bordes de las placas para soldadura.

Este corte se usa en diferentes metales, incluyendo el hierro forjado, acero al carbono, bajas aleaciones, y el acero inoxidable.

METALURGIA DE POLVOS

Es una tecnología de procesamiento de metales en la que se produce partes a partir de polvos metálicos; estos se comprimen para darle la forma deseada y luego se calientan o sinterizan para aumentar la unión de las partículas.

Características de los polvos Metálicos

Físicas

La finura.- Se refiere al tamaño de la partícula y se determina pasando el polvo a través de una criba normalizada o por medición con microscopio. Las Cribas normalizadas van de 36 a 850 mallas, se usan el numero de mallas para indicar el numero de aberturas por pulgada lineal de la criba verificar su medida y también para determinar la distribución por tamaños de. Partículas dentro de una cierta gama. Distribución del Tamaño de las Partículas.- La distribución por tamaños de partículas hace referencia a la cantidad de cada tamaño de partícula normalizado, en el polvo. Tiene una influencia considerable en la determinación de la capacidad de flujo y deja densidad - aparente, así como de la porosidad final del producto: No puede variarse apreciablemente sin afectar el tamaño de la pieza prensada. La fluidez.- Es la característica de un polvo que le permite fluir fácilmente y conforme a la cavidad del molde. Puede describirse como la tasa de f1ujo a través de un orificio fijado.

Químicas

Pureza del polvo.-Una especificación tal tiene relación con la cantidad permitida de óxidos y el porcentaje de otros elementos que se admiten. Compresibilidad.- Es la razón del volumen inicial del polvo al volumen de la pieza comprimida. Varía considerablemente y es afectada por la distribución por tamaños de partículas y su forma. La resistencia en verde de una pieza prensada depende de su compresibilidad. Densidad.- La densidad aparente de un polvo se expresa en kilogramos por metro cúbico. Debe mantenerse constante de tal forma que se alimente cada vez la misma cantidad de polvo en el molde.

Fig. 1.3.1 Procesos de fabricación de piezas por polvos metálicos.3.2 Métodos de Producción de Polvos

Algunos de los métodos más comunes para fabricar polvos son: 1. La atomización o rocío de metal es el medio de producir polvos a partir de metales de bajo punto de fusión, como el aluminio, el plomo, el estaño y

el zinc. Este proceso produce partículas de polvo de forma irregular. 2. La granulación se utiliza para convertir ciertos metales en polvo. El metal se revuelve rápidamente mientras se enfría. 3. La deposición electrolítica es el método más común paca producir polvos de cobre, hierro, plata y tantalio. 4. El maquinado produce polvos gruesos y se utiliza principalmente para producir polvos de magnesio. 5. El molino involucra el uso de diversas clases de trituradoras, rodillos o prensas para romper el metal en partículas.

6. El pulverizado es la operación de pasar material fundido a través de un orificio o cedazo y hacer que las partículas caigan en agua. La mayoría de los metales pueden pulverizarse mediante este método; sin embargo, por lo general las partículas son grandes.

7. La reducción se utiliza para transformar óxidos de metal en forma de polvo mediante el contacto con gas en temperaturas por debajo de su punto de fusión. Los polvos de cobalto, hierro, molibdeno, níquel y tungsteno se producen mediante el proceso de reducción.

Fig. 1.3.2 Varios métodos para producir polvos metálicos: (a) y (b) métodos de atomización por gas;(c) atomización con agua y (d) atomización centrifuga por el método del disco giratorio

Materia prima de polvos

Casi cualquier tipo de metal puede producirse en forma de polvo; sin embargo, sólo unos cuantos tienen las características y propiedades deseables, necesarias para la producción económica. Las dos clases principales son los polvos de base de hierro y cobre, y se prestan bien al proceso de metalurgia de polvos. Los polvos de aluminio, níquel, plata y tungsteno no se utilizan ampliamente; sin embargo, tienen algunas aplicaciones importantes.

Es importante seleccionar cuidadosamente el polvo para, para asegurar una producción económica de manera que la pieza acabada tenga las características requeridas. En la selección debe considerarse los siguientes aspectos sobre el polvo:

Forma de la partícula de polvo

Tamaño de la partícula Su capacidad para fluir libremente Capacidad de compresión [su capacidad para mantener la forma) Su capacidad de sinterizado (su capacidad para fundirse o unirse)

Una vez que se han seleccionado los polvos correctos, determina cuidadosamente la masa de cada uno dentro la proporción requerida para el componente terminado, y se agrega un lubricante de matriz, como grafito en yo, estearato de zinc, o ácido esteárico. El propósito de este lubricante es ayudar al flujo de polvo dentro de la matriz, evitar el escoriado de las paredes de la matriz, y permitir una fácil eyección de la pieza comprimida. Esta composición se mezcla cuidadosamente para asegurar una distribución de grano homogénea en el producto terminado.

Compactado (prensado). La densidad y dureza del producto acabado aumenta junto con la cantidad de presión utilizada para compactar o briquetear el polvo.La mezcla de polvos se alimenta entonces a una matriz de precisión que tiene la forma y tamaño del producto acabado. La matriz por lo general consiste en, un punzón superior, y un punzón inferior. Estas matrices por lo general se montan en prensas hidráulicas o mecánicas, en donde se utilizan presiones desde 3000 lb/puIg2 (20 MPa) hasta tanto como 200000 Ib/pulg2 (1379 MPa) para comprimir el polvo. Las partículas de polvo blandos pueden oprimirse rápidamente y por lo tanto no requieren de una presión tan elevada como las partículas más duras. Sin embargo, en cada caso hay una presión óptima.

Sinterizado El propósito de la operación de sinterizado es unir las partículas de polvo entre sí para que forme una pieza fuerte y homogénea que tenga las características físicas deseadasDespués del compactado, la “pieza verde” debe calentarse lo suficiente para ejercer una cohesión permanente de las partículas de metal en sólido. Esta operación de calentamiento se conoce como sinterizado. Las piezas se pasan a través de hornos de atmósfera protectora controlada, que se mantienen a una temperatura aproximadamente un tercio por debajo del punto de fusión del polvo principal. La atmósfera cuidadosamente controlada y la temperatura durante la operación de sinterizado permiten la unión de las partículas y la recristalización por las interfaces de las partículas. La mayor parte del sinterizado se lleva a cabo en una atmósfera de hidrógeno, produciendo piezas sin escamas o decoloraciones. La temperatura dentro de los hornos varía de 1600 a 2700°F (871° a 1482°C), dependiendo del tipo de polvo que se esté sinterizando. E) tiempo necesario para sintetizar una pieza varía, dependiendo de su forma y tamaño; normalmente, es de 15 a 45 minutos.

Fig. 1.3-3 Secuencia convencional de producción en metalurgia de polvos: (1) mezclado, (2) compactado y (3) sinterizado; en (a) se muestra la condición de

las partículas, mientras que en (b) se muestran las operaciones y la parte durante la secuencia

Ventajas de la metalurgia de polvos Es un proceso capaz de producir cojinetes porosos y herramientas de carburo cementado. Pueden producirse piezas con una gran resistencia al desgaste. Pueden producirse productos a partir de metales puros. La operación puede automatizarse y se puede utilizar mano de obra sin capacitación, manteniendo bajos costos. Pueden obtenerse piezas con tolerancias dimensionales ±0.001 pulg (0.02 mm) y acabados lisos sin requerir operaciones secundarias complejas.

Después del sinterizado, la mayoría de las piezas están listas para su uso. El proceso es económico, ya que no hay pérdidas de material. Se pueden producir piezas en gran escala, con costos bajos.

Desventajas y limitaciones.

El costo del equipo es alto. Los polvos metálicos son caros, y algunos difíciles de almacenar. No es fácil producir por este proceso productos de alta densidad. En algunos polvos es peligrosos su manejo

Dimensionado y reprensado Los poros de la pieza pueden infiltrarse con otros Si embargo, algunas piezas que requieren tolerancias muy estrechas u otras cualidades pueden requerir algunas operaciones adicionales, como dimensionado y reprensado, impregnación, infiltración, chapeado, tratamiento térmico, y maquinado

La porosidad del producto puede controlarse cuidadosamente.

Impregnación

El proceso de llenar los poros de una pieza sinterizada con un lubricante o un material no metálico se llama impregnación. Los cojinetes de ollita son un buen ejemplo de una parte impregnada con aceite para superar la necesidad de lubricación y mantenimiento constantes. Las piezas pueden impregnarse mediante un proceso de vacío o sumergiendo las piezas en aceite por varias horas.

La infiltración es el proceso de llenar los poros de una pieza con un metal o aleación que tenga un punto de fusión más bajo que la pieza sinterizada. El propósito de esta operación es aumentar la densidad, resistencia, dureza) resistencia al impacto y ductilidad de la pieza fabricada. Se coloca una capa del material que se va a infiltrar sobre las piezas compactadas y se pasan por un horno de sinterizado. Debido a su punto de fusión más bajo, el material infiltrado se funde y penetra los poros de la parte compactada mediante acción capilar.

Chapeado, tratamiento térmico, maquinado Dependiendo del tipo de material, su aplicación y requerimientos, algunas piezas de metalurgia de polvos pueden chapearse, tratarse térmicamente, maquinarse, soldarse con latón o soldadura normal.

Productos de polvos metálicos:

Filtros metálicos

Carburos cementados Engranes y Rotores de bombas Magnetos Escobillas de motores eléctricos Cojinetes Porosos Contactos eléctricos