1.- Introducción
Desde que se obtiene una materia prima hasta que se finaliza una pieza sólida, útil para ser empleada por sí misma o formando parte de un mecanismo, se llevan a cabo diferentes procedimientos de fabricación. Incluso es posible que una misma pieza pueda ser fabricada de diversas maneras, por lo que es importante elegir la técnica más adecuada en cada caso, pues este aspecto va a condicionar su calidad, costo y rapidez de fabricación.
Los procedimientos de fabricación empleados actualmente para la obtención de piezas puedes ser divididos en cuatro grupos:
- Conformación por Moldeo: Se funde el material y se vierte en moldes que reproducen la forma de la pieza.
- Conformación por Deformación: Los materiales son golpeados o sometidos a presión, en frío o en caliente.
- Conformación por Arranque de Material: El material se arranca en forma de virutas o pequeñas partículas para eliminar el sobrante de acuerdo con la pieza que se desea obtener
- Conformación por Adición: Sirve para unir piezas e integrarlas en otras más complejas. Las uniones pueden ser desmontables o fijas.
En este tema vamos a estudiar las diferentes técnicas utilizadas en la conformación por Adición
2.- Conformación por Adición
La mayoría de las máquinas y estructuras no se fabrican como un todo único, sino formadas a partir de muchas piezas que se unen entre si. Estas uniones pueden ser de tres tipos:
- Uniones Desmontables Roscados: Tornillos, Tuercas, Arandelas y Tirafondos
- Uniones Desmontables No Roscados: Clavos, Pasadores y Chavetas
- Uniones Fijas: Remaches, Adhesivos, Ajustes a Presión y Soldaduras
3.- Uniones Desmontables por Elementos Roscados
1.- Tornillos, Tuercas y Arandelas:
- Son los elementos más comunes para este tipo de unión
- El tornillo es un cuerpo cilíndrico, generalmente metálico con una cabeza en un extremo para su enroscado, mientras el otro extremo sirve para encajar la tuerca, mediante esfuerzos de presión y giro
- Se suele usar como pieza de ensamblaje, aunque también sirve como mecanismo de transformación de movimiento.
- Constan de Cuerpo (parcial o totalmente roscada) y cabeza (elemento de apriete).
- Las tuercas van provistas de una rosca interior
- La forma exterior (generalmente hexagonal) de la tuerca debe facilitar la maniobra de roscado al tornillo correspondiente, generalmente con llaves fijas, para permitir la maniobra de unión.
- Las arandelas son elementos auxiliares que tienen forma de corona o anillo metálico, que se sitúan entre las piezas a unir, cuya función es evitar el roce entre ellas para asegurar su inmovilidad relativa y distribuir la presión del esfuerzo.
- Los tirafondos son cilindros metálicos roscados y con una cabeza con corte plano o en forma de estrella para permitir el atornillado y que penetre sucesivamente en las dos piezas que se desea unir.
- Se utilizan para unir piezas de madera, proporcionando una unión más segura que la de los clavos
- La cabeza del tirafondo puede ser redonda si se desea que sobresalga de la madera o puede ser avellanada si deseamos ocultarla.
4.- Uniones Desmontables por Elementos No Roscados
- Los clavos son cilindros metálicos con un lado acabado en punta y el otro en una superficie plana, denominada cabeza que se golpea con un martillo para hacer penetrar la punta sucesivamente en las dos piezas a que deseamos unir.
- Suelen usarse también para unir piezas de madera, pero las uniones son poco seguras y pueden incluso romper las piezas por fractura.
- Pueden ser de cabeza plana o de cabeza perdida, según deseemos o no que esta quede visible una vez realizada la unión.
2.- Pasadores
- Los pasadores son vástagos de acero de secciones variadas (generalmente cilíndrica o cónica) de extremos abombados o mecanizados en forma de chaflán
- La forma del pasador facilita su introducción en un orificio común a las piezas que se desea unir y provocando así su inmovilización relativa.
3.- Chavetas
- Las chavetas son piezas de sección rectangular o cuadrada que se inserta entre dos piezas que deben permanecer unidas y sin deslizamientos de una sobre la otra.
- Serán Transversales si se colocan de manera similar a los pasadores, perpendicularmente al eje de unión de las piezas.
- Serán Longitudinales si se colocan paralelamente al eje de unión de las piezas
5.- Uniones Fijas con Remaches
- Los remaches son pequeñas barras cilíndricas de acero o latón con una cabeza hueca en un extremo
- Sirven para unir varias chapas o piezas de forma permanente por "remachado"
- El remachado consiste en deformar el extremo opuesto a la cabeza por medio de presión o golpes
- Muy usadas en aeronáutica para fijar las chapas de las estructuras de los aviones
- Los remaches pueden ser de cabeza redonda (uniones fuertes), cabeza avellanada (si deseamos que no se vea la unión) o de cabeza plana (láminas finas).
- Se utilizan remachadoras hidráulicas o neumáticas, aunque también pueden hacerse mediante pistolas remachadoras manuales.
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6.- Uniones Fijas con Adhesivos
- La unión por adhesivos se realiza interponiendo entre las dos superficies a unir una capa de material de alto poder de adherencia, denominado adhesivo.
- Tras aplicar el adhesivo, las piezas se juntan y se presionan ligeramente hasta que el pegamento seca. La adherencia se produce por formación de enlaces químicos de mayor o menor dureza.
- La elección del adhesivo tendrá en cuenta la clase de material que se desea unir, las condiciones de uso a las que va a estar sometida la unión, el tiempo de fraguado y la forma de aplicación.
- Tipos de adhesivos: Los Naturales (pegamentos, colas, gelatinas) son menos eficaces, y los Artificiales (sintéticos, derivados del plástico) mucho más fiables en amplio rango de presiones y temperaturas.
7.- Uniones Fijas por Presión
- Unir dos piezas por presión significa ajustarlas de manera que una quede encajada en la otra, de forma que la relación de medidas entre ellas debe estar perfectamente definida y ser muy precisa.
- Se denomina "Agujero" a las piezas "que contienen" y "Ejes" a las piezas "contenidas".
- Si el eje encaja perfectamente dentro del agujero, la unión por presión será de ajuste libre o móvil.
- Por el contrario, una unión por ajuste a presión por ajuste forzado sería aquella en la que la medida del eje es mayor que la del agujero que se desea colocar.
- Es frecuente que debamos calentar el agujero para aumentar su diámetro por dilatación, de manera que el eje pueda entrar en el, y quedar atrapado y fijo una vez el agujero se enfríe y se contraiga.
- Evidentemente, hay una cierta tolerancia o margen de medidas límite para que este tipo de unión sea posible.
8.- Uniones Fijas por Soldadura
La soldadura es un proceso de unión entre metales por la adición del calor, con o sin aportación de material metálico nuevo, dando así continuidad a los elementos unidos. Es necesario suministrar calor hasta que el material de aportación funda y una ambas superficies, o bien lo haga el propio metal de las dos piezas.
Tipos de soldaduras:
- Soldadura Homogénea: los materiales a soldar y el metal de aportación (si lo hay) son de la misma naturaleza.
- Soldadura Heterogénea: los metales a soldar son de distinta naturaleza con o sin metal de aportación, o bien puede hacerse entre metales de la misma naturaleza pero con distinto metal de aportación
8.1.- Soldadura Oxiacetilénica
- El calor aportado en la Soldadura Oxiacetilénica se debe a la reacción de combustión del acetileno C2H5.
- Se liberan 1300 KJ por cada mol (26 g) de acetileno quemado, llegando a temperaturas de 3500 C
- Se debe disponer de una botella de acetileno estabilizado en acetona, una botella de oxígeno a gran presión, tuberías de goma para llevar el acetileno y el oxígeno hasta el soplete, material de protección (gafas protectoras, ropa, guantes) y una Mesa de Trabajo con material refractario, un tornillo de banco para sujetar las piezas pequeñas y un cubo de agua para enfriar las piezas soldadas.
8.2.- Soldadura por Arco Voltaico
- La Soldadura por Arco Voltaico consiste en provocar la fusión de los bordes que se desean soldar mediante calor intenso desarrollado por un arco eléctrico.
- Es un sistema de reducido coste, fácil y rápido.
- La barra de tungsteno que hace de electrodo va encajada en la pinza porta electrodo que estará conectada uno de los cables de la fuente eléctrica (corriente alterna o corriente directa), mientras el otro cable cierra el circuito mediante una pinza conductora unida al metal base o pieza de trabajo que deseamos soldar.
- El arco voltaico se genera al ponerse en contacto los polos opuestos de un generador, de manera que se genera una corriente eléctrica de gran intensidad y una temperatura de 3500 C.
- La sección de contacto entre ambos polos se pone incandescente e ioniza la atmósfera que rodea a la zona de contacto, de manera que el aire se vuelve conductor y mantiene el paso de la corriente una vez separemos los polos.
- El tungsteno crea el arco voltaico y a su vez se va desprendiendo por efecto de la temperatura, haciendo así la función de material de aportación.
- Los bordes en fusión de las piezas y el material fundido que se separa del electrodo se mezclan íntimamente de manera que, al enfriarse, forman una pieza única, resistente y homogénea.
- Las dos piezas a unir han de estar bien sujetas a la mesa de trabajo y permanecer inmóviles mientras se van fusionando los dos bordes.
8.3.- Soldadura por Resistencia
- La Soldadura por Resistencia se basa en el efecto Joule, esto es, el calentamiento producido al pasar una corriente eléctrica a través de la unión entre las piezas en contacto y fuertemente presionadas una contra la otra..
- Cuanto mayor sea la resistencia de los materiales, la intensidad de corriente aplicada y el tiempo de aplicación, mayor será el calor liberado en el proceso.
Dos Tipos de soldadura por Resistencia:
- La Soldadura por Puntos se realiza entre chapas que quedarán unidas por pequeñas zonas circulares aisladas y esparcidas de manera regular. Estos puntos de unión lo generan dos electrodos terminados en punta a través de los cuales pasa la corriente para fundir el material y dejar las piezas unidas.
- La Soldadura por Costura es similar, pero en lugar de electrodos puntuales se usan dos rodillos, generando un cordón de soldadura a lo largo de toda la pieza.
8.4.- Soldadura Blanda
- La Soldadura Blanda, de tipo heterogéneo, se realiza a temperaturas por debajo de 400ºC.
- El material más usado es una aleación de estaño y plomo que funde a 230ºC y suele presentarse enrollados en carretes.
- El estaño se une a los metales de las superficies que se desea soldar, facilitando el "mojado"
- Las superficies a unir deben estar bien limpias, pulidas y libres de óxidos
- Se calientan las superficies con el soldador hasta que estas alcancen la temperatura del material de aportación, y luego se aplica este, dejándolo correr libremente por las superficies.
- El material fundente se endurece cuando se enfría, procediendo así a la soldadura.
- Se usa en componentes de electrónica, fontanería, cables eléctricos y chapas de hojalata.
8.5.- Soldadura Fuerte
- La Soldadura Dura es similar a la blanda, pero en este caso las temperaturas alcanzan hasta los 800ºC
- El material de aportación son aleaciones de plata, cobre y zinc.
- La unión se realiza con un soplete de gas
- Es habitual cuando se necesita una alta resistencia en la unión de las piezas debido a los esfuerzos a temperaturas a las que se va a exponer la pieza.
