Capítulo 3: Procesos de Fabricación.

Diseño Mecánico y Técnicas de Representación.
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Capítulo 3:
PROCESOS DE FABRICACIÓN.
3.1. INTRODUCCIÓN.
El fin primordial de la realización de un dibujo técnico o un plano es el
contener toda la información necesaria para definir una pieza determinada.
Entre esta información debe estar la necesaria para poder fabricar la pieza.
Aunque no es el objeto de esta materia, consideramos necesario describir
brevemente los distintos procesos de fabricación, ya que éstos deben tenerse
muy en cuenta en la realización de los planos técnicos de un proyecto, tanto
desde el punto de vista de diseñar elementos "construibles" o fabricables, como
desde el punto de vista de diseñar elementos con procesos de fabricación
económicamente viables.
3.2. CLASIFICACIÓN DE LOS PROCESOS DE FABRICACIÓN.
Las piezas se obtienen por los distintos medios de fabricación que se
describen en los siguientes apartados.
3.2.1. Fabricación por formación
Fundición, sinterización o inyección son procesos de fabricación por
formación. Las piezas que se obtienen por formación parten de material suelto
(en polvo, en limaduras, fundido, etc.). Éste sufre una alteración en su estado
físico, como en el caso de la fundición de un metal que pasa al interior de un
recipiente llamado molde, del cual adopta su forma.
La sinterización parte de material en polvo que se encuentra en el interior
del molde. Por medio de electrodos el material se funde y adopta la forma del
molde.
3.2.2. Fabricación por conformación
Forja sin estampa, forja con estampa o estampación, extrusión, estirado,
plegado, embutición son procesos de fabricación por conformación. Este tipo
de fabricación consiste en dar forma a una pieza por medio de procesos
mecánicos pero sin registrar una pérdida de material, ya que se basa en la
deformación plástica del mismo.
La forja sin estampa (sin un molde o plantilla) da forma a la pieza
golpeándola hasta conseguir la geometría deseada. Es la utilizada durante
mucho tiempo por los herreros.
La forja con estampa o estampación consiste en dar forma a una pieza
por percusión entre dos matrices. Al recibir el impacto, el material, introducido
previamente en estado pastoso ( calentado de antemano) se deforma y se
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adapta a las matrices. Es la forma habitual de elaborar las piezas con
geometrías complejas que deben soportar solicitaciones importantes, tales
como bielas de motores.
Si se obliga al material a pasar por una matriz de sección determinada por
medio de una gran presión, empujando al material, el proceso se denomina
extrusión. Si el material en vez de ser empujado, sufre un esfuerzo de tracción
o es estirado se deforma al atravesar la matriz, produciéndose un fenómeno de
estirado. La laminación consiste en hacer pasar el material por unos trenes de
rodillos giratorios que dejan entre ellos espacios libres con la forma deseada de
la sección de la pieza.
El plegado es un procedimiento de doblado del material. Éste
generalmente se presenta en forma de chapas, pletinas, tubos, etc. o que al ser
golpeados se doblan en función de una cuña y del contramolde utilizados.
Por último, la embutición consiste en ejercer presión sobre un material
delgado (chapa) obligándole a adaptarse a la forma dejada entre la estampa y
el contramolde. Se emplea fundamentalmente para chapa, como por ejemplo
en las carrocerías de los automóviles y en las carcasas de los
electrodomésticos.
3.2.3. Fabricación por arranque de material
Cizallado, aserrado, taladrado, fresado, torneado, rectificado, o bruñido
son procesos de fabricación por arranque de material. Este tipo de
procedimientos son los más utilizados y los que permiten una diversidad mayor
de formas. En todos ellos la pieza se fabrica mediante una pérdida de material
llamada viruta, resultado del corte de la pieza con una pieza cortante.
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Figura 3.1.- Procesos de fabricación.
Según la norma DIN 8580 estos procesos pueden clasificarse según la
forma de la herramienta cortante en:
- Arranque de viruta por medio de filos determinados geométricamente:
torneado, fresado, etc.
- Arranque de viruta por medio de filos indeterminados: el material es
arrancado por material abrasivo que no tiene ninguna forma determinada:
bruñido, pulido, etc.
Por medio del arranque de viruta se obtienen piezas con tolerancias
pequeñas y buenos acabados superficiales, aunque se pierde gran parte de
material en forma de viruta debido a que se parte de una pieza de tamaño
aproximado (pieza en bruto o preforma).
Seguidamente se describen los procesos de fabricación más usuales.
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3.3. TORNEADO
El torneado se utiliza para la fabricación de piezas de revolución, la
máquina que realiza la operación de torneado y sus variantes se llama torno.
Permite pequeñas tolerancias y acabados superficiales buenos. Árboles, ejes,
casquillos, mangos, etc., son piezas que normalmente se obtienen por
torneado.
El torneado consiste en arrancar viruta por medio de un filo o herramienta
que avanza longitudinalmente mientras la pieza que se va a mecanizar gira
accionada por el torno.
Figura 3.2.- Torneado.
El torneado puede ser interior o exterior. De esta forma se pueden fabricar
cilindros ( denominándose entonces cilindrado, figuras 3.3a y 3.3f) cuando la
herramienta se desplaza paralelamente al eje de giro; superficies planas
(denominado refrentado, figuras 3.3b y 3.3g) cuando la herramienta se
desplaza perpendicularmente al eje de giro; superficies cónicas si la trayectoria
de la herramienta es oblicua respecto al eje de giro (figuras 3.3c y 3.3h);
superficies de forma especial por medio de una plantilla, denominándose
torneado de formas (figuras 3.3d y 3.3i), y tallado de roscas (figuras 3.3e y
3.3j).
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Figura 3.3.- Tipos de torneado.
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3.4. TALADRADO.
Por medio del taladro se pueden realizar agujeros pasantes o ciegos en
las piezas. Éstos sirven como base para la sujeción de tornillos, roscas,
remaches o para facilitar el engrase, etc. Como herramienta se emplean útiles
de uno o varios filos llamados brocas.
Figura 3.4.- Broca.
En la operación de taladrado las brocas tienen un movimiento longitudinal
de avance y uno de rotación, mientras que la pieza a taladrar permanece fija.
Existen máquinas especiales para realizar taladros denominadas
taladradoras, aunque en ciertas ocasiones pueden utilizarse tornos. También
se pueden realizar agujeros sin arranque de viruta mediante punzonado y
estampado. Para hacer agujeros de gran tamaño es frecuente realizarlos en
varias fases, efectuando primero un agujero de pequeño diámetro en la pieza
que permita posicionar la broca para que siga un camino recto al taladrar el
material.
Dependiendo del tamaño del agujero se realizan distintos taladros
siempre de menor a mayor diámetro hasta alcanzar las dimensiones deseadas.
Esto permite que la broca arranque en cada pasada menos cantidad de viruta,
con lo cual la exigencia pedida a la máquina es menor.
Figura 3.5.- Taladro realizado en varias fases.
El avellanado permite trabajar agujeros previamente taladrados o
provenientes de fundición. Esta broca avellanadora o avellanador posee varios
filos y el trabajo de desbaste es menor que en el taladrado normal. Existen
distintos tipos de avellanado, como se observa en la figura.
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Figura 3.6.- Avellanado.
Normalmente los taladros se rematan por medio de operaciones de
escariado, que se llevan a cabo para obtener un buen acabado interior del
taladro. El escariador es una herramienta de filos múltiples y rectos pero de
irregular longitud para evitar el rayado del agujero.
Figura 3.7.- Escariado.
La operación de realizar taladros de gran tamaño se llama mandrinado.
Las máquinas utilizadas deben tener gran potencia y robustez y se llaman
mandrinadoras.
3.5. FRESADO
El fresado es una operación donde el elemento que se desplaza
longitudinalmente es la pieza a la que se le va a dar forma mientras que la
herramienta tiene exclusivamente un movimiento de giro. Normalmente su
aplicación principal es la fabricación de superficies planas y de ruedas
dentadas (mediante fresas especiales denominadas fresas madre) con un buen
acabado superficial.
Las herramientas utilizadas se llaman fresas y tienen varios filos
geométricos. Según su posición, el fresado puede ser cilíndrico, cuando el eje
de giro de la fresa es paralelo a la superficie de corte (figura 3.8a), o frontal,
cuando el eje de giro de la fresa es perpendicular a la superficie de corte (figura
3.8b ).
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Figura 3.8.- Fresado cilíndrico y fresado frontal.
La máquina donde se realiza el proceso de fabricación de fresado se
llama fresadora.
Existe una gran variedad de fresas, lo cual permite un amplio rango de
trabajos. Existe prácticamente una fresa para cada aplicación. En la figura 3.9
se muestra una fresa utilizada para construir colas de milano.
Figura 3.9.- Fresa cónica.
3.6. CEPILLADO Y MORTAJADO
El cepillado y el mortajado de piezas es un procedimiento muy adecuado
para obtener piezas prismáticas.
En ambas se utiliza una herramienta de un solo filo cuyo movimiento es
discontinuo. Según quién tenga el movimiento de avance se denomina
mortajado (la herramienta se desplaza, figuras 3.10a y 3.10c) o cepillado (la
pieza es la que se mueve, figura 3.10b).
Figura 3.10.- Mortajado y cepillado.
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3.7. BROCHADO
Es una operación muy frecuente en las grandes series de piezas de
tamaño reducido. Consiste en arrancar viruta mediante una herramienta de
múltiple filo que tiene un perfil determinado y de una sola operación. Los
brochados pueden ser interiores y exteriores y se realizan en una máquina
denominada brochadora. Suele aplicarse para realizar agujeros que no tengan
forma cilíndrica.
Figura 3.11.- Brochado interior y exterior.
3.8. ESMERILADO
El afilado de herramientas y el rectificado de piezas se realizan con una
herramienta llamada muela. Trata de eliminar las posibles irregularidades
surgidas durante un mecanizado anterior y con ella se obtienen piezas con un
buen acabado superficial. El proceso de fabricación se denomina esmerilado.
Cuando el objetivo es obtener un buen acabado superficial la operación
se llama rectificado, y se realiza en una rectificadora. El rectificado puede
realizarse en interiores o exteriores de las piezas.
En determinadas ocasiones, el acabado que ofrece el rectificado no es
suficiente ya que, por ejemplo, ciertas irregularidades pueden ocasionar
rozamientos no deseables. Entonces se recurre a las operaciones de pulido y
bruñido.
Figura 3.12.- Esmerilado.
3.9. ROSCADO
Las piezas roscadas son muy frecuentes en el mundo industrial. La rosca
puede ser interior o exterior y cumplir funciones de fijación (caso de un tornillo)
o de movimiento ( como en un husillo).
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Las roscas se pueden fabricar en un torno, o mediante machos de roscar
y terrajas. Los machos de roscar son parecidos a las brocas de taladrar, pero
su filo tiene forma de hélice.
Figura 3.13.- Macho de roscar.
La figura siguiente muestra cómo se realizaría un taladro roscado ciego.
Figura 3.14.- Agujero roscado ciego.
Las terrajas se usan para roscas macho (tornillos). Son muy rápidas de
realizar en materiales blandos. Están compuestas por un casquillo cuyo interior
está mecanizado según la forma de la rosca. Éste se desliza por la pieza a
roscar, creando en su desplazamiento la rosca.
Figura 3.15.- Terraja.