Manufactura

INTRODUCCION

Máquina estacionaria y motorizada que se utiliza para dar forma o modelar materiales sólidos, especialmente metales. El modelado se consigue eliminando parte del material de la pieza o estampándola con una forma determinada. Son la base de la industria moderna y se utilizan directa o indirectamente para fabricar piezas de máquinas y herramientas.

Estas máquinas pueden clasificarse en tres categorías: máquinas desbastadoras convencionales, prensas y máquinas herramientas especiales. Las máquinas desbastadoras convencionales dan forma a la pieza cortando la parte no deseada del material y produciendo virutas. Las prensas utilizan diversos métodos de modelado, como cizallamiento, prensado o estirado. Las máquinas herramientas especiales utilizan la energía luminosa, eléctrica, química o sonora, gases a altas temperaturas y haces de partículas de alta energía para dar forma a materiales especiales y aleaciones utilizadas en la tecnología moderna.

Entre las máquinas herramientas básicas se encuentran el torno, las perfiladoras, las cepilladoras y las fresadoras. Hay además máquinas taladradoras y perforadoras, pulidoras, sierras y diferentes tipos de máquinas para la deformación del metal.

Entre las máquinas herramientas no convencionales se encuentran las máquinas de arco de plasma, las de rayo láser, las de descarga eléctrica y las electroquímicas, ultrasónicas y de haz de electrones. Estas máquinas fueron desarrolladas para dar forma a aleaciones de gran dureza utilizadas en la industria pesada y en aplicaciones aeroespaciales. También se usan para dar forma y grabar materiales muy delgados que se utilizan para fabricar componentes electrónicos como los microprocesadores.

ACEROS AL CARBONO Y MEDIA ALEACION

Loa aceros al carbono son los materiales de herramientas más antiguos, y se han usado mucho en taladro, machuelos, brochas y escariadores desde la década de 1880. Después se desarrollaron de baja y media aleación para aplicaciones parecidas, pero con viga más larga.

Aunque son poco costosos y se conforman y afilan con facilidad, no tienen la dureza suficiente en caliente, ni la resistencia al degaste para el cortar a grandes velocidades (donde, como ya vimos, la temperatura sube en forma apreciable).

ACEROS RAPIDOS O DE ALTA VELOCIDAD

Las herramientas de acero rápido se llaman así porque se desarrollaron para cortar a mayores velocidades. Se comenzaron a producir a principio de los anos de 1990, y son los aceros de herramientas con más alta aleación. Se pueden endurecer hasta diversas profundidades, tienen buena resistencia al desgaste y son relativamente poco costosos. Por su tenacidad y alta resistencia a la fractura, los aceros rápidos se adaptan en especial para herramienta con ángulo de ataque positivo grande (las que tienen ángulos incluidos pequeños), para cortes interrumpidos y para maquinas herramientas con baja rigidez, sometidos a vibración y a traqueteo.

Hay dos tipos básicos de acero rápidos: al molibdeno (serie M) y al tungsteno (serie T). La seria M contiene hasta 10% de molibdeno, con cromo, vanadio, tungsteno y cobalto como aleantes. La serie T contiene de 12 a 18% de tungsteno, además de cromo, vanadio y cobalto. En general, la serie M tiene mayor resistencia a la abrasión que la seria T, sufre menos distorsión durante el tratamiento térmico y es menos costosa. En consecuencia, 95% de la herramientas de acero rápido se fabrican con aceros de la serie M.

Las herramientas de acero rápido se pueden conseguir en formas forjada, colada y sinterizada (metalurgia de polvos). Se pueden recubrir para tener mejor desempeño. También se pueden someter a tratamientos superficiales, como por ejemplo endurecimiento superficial, para mejorar la dureza y la resistencia al desgaste, o tratarse con vapor a temperaturas elevadas para desarrollar una capa negra de oxido que les confiere mejor desempeño, por ejemplo, para reducir la formación de borde acumulado.

Los aceros rápidos forma el mayor tonelaje de materiales para herramienta que se usan en la actualidad, y les siguen diversos aceros para matrices y carburos. Se usas en una gran variedad de operaciones de corte donde se requieren formas complicadas de herramientas, como por ejemplo brocas, escariadores, machuelos y cortadores de engranajes. Sus limitaciones mas importantes son la velocidades de corte que se pueden emplear, que son bajas en relacione con las de las herramientas de carburo.

ALEACIONES DE COBALTO FUNDIDAS

Se comenzaron a usar en 1915, y tienen los siguientes márgenes de composición: de 38 a 53% de cobalto, de 30 a 33% de cromo y de 10 a 20 % de tungsteno. Por su gran dureza (normalmente de 58 a 64 HRC) tienen buena resistencia al degaste y pueden mantener esa dureza a temperaturas elevadas. No son tan tenaces como los aceros rápidos son sensibles a las fuerzas de impacto. En consecuencia, son menos adecuados que los aceros rápidos para operaciones interrumpidas de corte.

Se conocen normalmente como herramientas de estelita, estas aleaciones se funden y esmerilan para darle formas relativamente sencillas de herramientas. Hoy solo se usan para aplicaciones especiales que implicas cortes de desbaste hondo y continuos, con avances y velocidades relativamente grandes hasta el doble de lo posible con los aceros rápidos.

CARBUROS

Los tres grupos de materiales de herramientas que acabamos de describir (aceros aleados, aceros rápidos y aleaciones fundidas) poseen la tenacidad, resistencia al impacto y resistencia al choque térmico necesarias, pero también tienen limitaciones importantes, en especial respecto a resistencia mecánica y dureza, y particularmente al choque térmico. En consecuencia no se pueden usar con tanta eficacia donde se requieren grandes velocidades de corte y en consecuencia altas temperaturas.

Para enfrentar el desafío de mayores velocidades para mayores producciones, se introdujeron los carburos (llamados también carburos cementados o sinterizados) en la década de 1930. Por su gran dureza dentro de un amplio margen de temperatura, alto modulo de elasticidad, alta conductividad térmica y baja dilatación térmica, los carburos están entre los materiales mas importantes, versátiles y económicos para fabricar herramientas y matrices para una amplia gama de aplicaciones.

Los dos grupos básicos de carburos que se usas en operaciones de maquinado son el de tungsteno y el carburo de titanio. Para diferenciarlos de las herramientas recubiertas, a las herramientas de carburo simple se les llama “de carburos no recubiertos”.

CERAMICAS A BASE DE NITRURO DE SILICIO

Los materiales de cerámica a base de nitruro de silicio fueron desarrolladas en la década de 1970, y están formadas por nitruro de silicio con diversas adiciones de oxido de aluminio, oxido de itrio y carburo de titanio. Estas herramientas tienen tenacidad, dureza en caliente y buena resistencia al choque térmico.

Como ejemplo de un material a base de “SiN” esta es sialon, nombre de los elementos que lo forman: silicio, aluminio, oxigeno y nitrógeno. Tiene mayor resistencia al choque térmico que el nitruro de silicio y se recomienda para maquinar fundiciones (hierros colados) y súper aleaciones a base de níquel a velocidades de corte intermedias. Por si afinidad química al hierro, las herramientas a base de SiN no son adecuadas para maquinar aceros.

DIAMANTE

De todos los materiales conocidos, el más duro es el diamante. Tiene baja fricción, alta resistencia al desgaste y la capacidad de mantener aguzado su filo. El diamante se usa cuando se requieren buen acabado superficial y exactitud dimensional, en especial con aleaciones no ferrosas suaves y materiales no metálicos abrasivos. El diamante monocristal de varios quilates se usa en aplicaciones especiales, como por ejemplo maquinar espejos ópticos de precisión con frente de cobre, para el programa de la iniciativa de defensa estratégica.

Como el diamante es frágil, son importantes la forma y la agudeza de la herramienta. En general se usan bajos ángulos de ataque (ángulos incluidos grandes) para tener un filo robusto. Se debe dar especial atención al montaje y orientación correctos del cristal, para obtener una vida optima de la herramienta. El desgaste puede ser a través de microdesportillamiento (debido a esfuerzos térmicos y a oxidación) y por transformación a carbono (debida al calor generado durante el corte)

Las herramientas de monocristal de diamante han sido sustituidas en gran parte por herramientas de diamante policristalino o compactos, que también se usan en dados de trefilado de alambre fino. Estos materiales consisten en cristales sintéticos muy pequeños, fundidos en un proceso de alta presión y alta temperatura hasta espesores entre 0.5 y 1mm y adheridos a un substrato de carburo. El resultado es parecido al de las herramientas de cBN. La orientación aleatoria de los cristales de diamante evita la propagación de grietas por la estructura y mejora su tenacidad en forma apreciable.

Las herramientas de diamante se pueden usar en forma satisfactoria casi en cualquier velocidad, pero son más adecuadas para cortes ligeros ininterrumpidos de acabado. Para minimizar la fractura de la herramienta, se debe afilar el monocristal de diamante tan pronto se desafile. Por su gran afinidad química, no se recomienda el diamante para maquinar aceros simples al carbono o aleaciones a base de titanio, níquel y cobalto. También el diamante se usa como abrasivo en operaciones de rectificado y pulido y en recubrimientos el fluido de corte debería tener tamaño pequeño, y poseer buenas características de humectamiento (tensión superficial).

NITRURO DE CARBURO

El

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