Trabajos de conformación en Construcciones Metálicas
CONFORMADO Los procedimientos de transformación usuales en la especialidad son: curvado, plegado, redondeado, forjado y rectificado o enderezado. Con esto se terminan estructuras de metal, ya sea de perfiles especiales, así como barandillas, escaleras, piezas moldeadas de hojalata o rejas forjadas. Con una planificación cuidadosa y elección concienzuda de perfiles no es necesario el trabajo de arranque de virutas en la mayoría de las piezas de construcción, con excepción del corte térmico, de la preparación de la costura de soldadura y el taladrado de agujeros de sujeción. La transformación tiene ventajas frente al trabajo con arranque de virutas: • mínimo tiempo de producción • poca pérdida de material • mejoramiento de la estructura • posible ajuste de la forma a las cargas. Las barras de relleno para el portón (Fig. 1) se fabrican exclusivamente a través de curvado y son soldadas en un marco de metal. Los elementos de adorno en los entrecruzamientos inferiores son piezas acabadas soldadas, también la cerradura es una pieza acabada y por lo tanto no es fabricada por los constructores metálicos.
Fig.1 Portón de perfiles
1. Trabajos de Conformación en Construcciones Metálicas La figura 2 muestra trabajos de transformación con ejemplos de trabajo:
Transformación por doblado
Transformación por presión
Curvado de perfiles especiales en Forja: forma libre en el yunque o estado frío o caliente. Martinete. Plegado de chapas. industrialmente con prensa en matrices Curvado de tubos. Redondeo de chapas a pieza moldeada.
Transformación por compresión Técnicas para la fabricación con pieza moldeada como Terminales a mano • Repujado o con máquinas • Rebordeado • • Embutido
Esquina de bastidor forjada con varilla diagonal remachada Recipiente con anillo de refuerzo Bifurcación tubular en forma de T
Fig. 2 Trabajos de transformación y ejemplos. 1.1. Curvado de perfiles Las rejas ornamentales o de protección y barandas resultan por estructuración de los trabajos de curvado de perfiles: Perfiles especiales, elementos de adorno, pasamanos y barandas dobladas obtienen su forma a través del curvado y plegado. Al contrario de los trabajos de forja las secciones y las superficies casi no cambian. A través del trabajo con perfiles y planchas, se simula a menudo un trabajo de forja. Si se requiere trabajar en frío o caliente depende de la sección y del material. El curvado en frío se puede realizar sobre acero al carbono hasta 100x6 mm o 50x12 mm, o bien acero redondo o acero cuadrado hasta casi los 18 mm de sección. Con zapatas especiales se puede doblar acero angular hasta 60x80. En el acero y cobre es posible realizar grandes cortes transversales (destajes).
1
Curvado de perfiles
Para trabajos de curvado en el taller se puede fabricar un mecanismo de curvado, que presta buenos servicios para formas que son repetitivas (Fig. 3).
6
1
7 2 3
5
8 4
1. Dispositivo de tope 2. Aflojar 3. Tensar 4. Aflojar 5. Doblar 6. Zapata de cierre 7. Soporte 8. Mordaza del cabezal de curvado (reemplazable) Angulo de curvado
1. Excéntrica de sujeción, 2. Disco de presión, 3. Cabezal, 4. Palanca de curvar, 5. Dispositivo angular progresivo instalable de 0 a 120° (agujeros de instalación en vez de ranuras, en los cuales corre el dispositivo, 6. Mandíbula de curvar, 7. pieza de fundición esferolitica anti rotura (medidas pequeñas posibilitan un curvado estrecho),
2
3
1
4
Fig.3
Ejemplos de curvado
Paso 1
Paso 2
Ejemplo de trabajo: Paso 3
abrazadera
Con esto se pueden fabricar muy económicamente forjados de barandas y rejas en frío así como “adornos“, que se pueden fabricar a partir de barras planas o cuadradas.
Paso 4
Fig. 4 Curvado angular
Con curvado angular se pueden doblar partes curvadas complicadas y ángulos agudos. Característica es la formación de la mordaza del cabezal de curvado con sus entallamientos. Un mandril movible limita el ángulo de curvado en unión con un tornillo regulador (Figura 4). Curvadores ornamentales forman perfiles planos o cuadrados en estado frío a ornamentos forjados, volutas, riñones o aros. En los ornamentos forjados se deben estirar previamente los extremos. La barra a formar yace en un plato de curvado, cuya herramienta fija de curvado es intercambiable. Un rodillo de presión aprieta el material al brazo de curvado durante la transformación y produce así la forma deseada. Después del curvado se desplaza el rodillo de vuelta, la pieza curvada se puede levantar. Para barras planas de distintas medidas y redondas se cambia solamente la herramienta de curvado, la machina o matriz de forma se mantiene (Figura 5).
Machina Unidades recambiables
Formas curvadas
Fig. 5 Curvador ornamental 2
Curvado de perfiles
Para la industria de la construcción metálica, con diferentes trabajos de curvado, resultan económicos los llamados “centros de curvado”. Con esto se pueden doblar los diferentes aceros en barra, tubos redondos, rectangulares y chapas.
La máquina está equipada con una mesa de tareas múltiple, en la que se trabajan la instalación del molde de curvar o matriz y de las herramientas de moldear. La fuerza de trasformación la entrega una instalación hidráulica, que acciona el molde de forma y de curvar (Figuras siguientes).
Centro de curvado y ejemplos de trabajo
Curvado de tubo con mordazas especiales y contrapunta de apoyo. Mesa con disco de trabajo
Curvado de un cinturón de pasamanos Curvado de una abrazadera con dispositivo Ajustable.
a
b
a) Curvado de un cinturón de baranda b) Eliminación del “alabeo” Curvadora manual hidráulica
Canteado de un perfil angular 3
Curvado de perfiles
Para el curvado de tubos existen dispositivos adicionales y mordazas especiales. Para secciones de grandes perfiles, se precalientan al rojo vivo en esta máquina – la resistencia a la deformación decrece. La transformación debe estar terminada en todo caso antes que la temperatura descienda a casi 300°. En este rango el acero está quebradizo y tiende a la formación de fisuras – mucho más que a temperatura ambiente.
Material
Radio de curvado mínimo R
St 37 St 52 Al 99 Cu Zn 30
0,5 ... 1 s 1 ... 1,5 s 0,2 ... 1 s 0,2 ... 0,5 s
a) Radios de curvado mínimos dependiendo del espesor de la chapa = s
Para el trabajo de curvado en construcción de barandas, en terreno ha dado buen resultado un curvador manual hidráulico puesto en acción. Acero plano 40x8 mm se puede además plegar muy bien con este aparato – suficiente para el alabeo de pasamanos. Éstos se curvan precisamente con el radio interno y el arco se tuerce después hacia el alabeo (Fig. de la curvadora manual hidráulica, Pág. anterior).
Dato tabla (gramil)
L= •d L = • 512 mm L = 1608 mm
En el trabajo de curvado en el taller hay que tomar en cuenta las siguientes reglas (Figura 6): 1.
Respetar el radio de curvado mínimo! este depende del procedimiento de extensión del material, del espesor y forma de la sección entre otros.
L= •d L = • 509,6 mm L = 1601 mm
b) Longitud lineal L dependiendo del tipo de perfil
c) Lados se abren
d)
Asciende a casi 0,5...2,5 x espesor de perfil. Para perfiles “abiertos“, por ejemplo con forma L o C se calcula el doble o triple de estos valores. 2.
En las fibras neutras la longitud de material no cambia. Corte = Longitud de las fibras neutras.
3.
Una superficie rugosa y porosa en el lado externo del lugar de curvado indica sobre dilatación y endurecimiento. Al volver a curvar el material se rompe inmediatamente.
4.
5.
En el curvado de Perfiles L, el lado mayormente tensionado tiende a evadir la fibra neutra. Una compensación es posible al presionar los lados anteriormente en forma suave. En el curvado de cantos destajados de perfiles angulares, se deben taladrar estos antes. Esto disminuye el efecto de muesca y la trituración por aglomeración de material.
Lados se cierran
a
½ s para •s
d
100
= 90° ( taladrado)
c) Cambios en perfiles angulares d) Taladrado de esquinas interiores
Fig.6. Curvado de perfiles
4
Curvado de tubos
1.2 Curvado de Tubos Un relleno de arena o bien de plomo o un resorte de tracción instalado evitan la formación de pliegues en el curvado de tubos. El tubo se mantiene en todo su proceso redondo y se evita así el doblado ovalado, conviene además ubicar la costura de soldadura del perfil en la fibra neutra (hacia arriba, por ejemplo). Para el curvado en frío con máquina se usan tres procedimientos en construcciones metálicas:
Curvado a presión Para tubos de pared dura con radio de curvado pequeño hasta mediano. El tubo se prensa y deforma en una matriz, llamada segmento de curvado, en forma hidráulica contra dos contrapuntas. La correcta relación de dimensión de tubo con el radio de curvado debe ser observada. Para cada tubo y cada radio de curvado debe haber una herramienta correspondiente disponible (Fig. 7).
Curvadora de tubos antes de la operación.
Curvadora de tubos durante el proceso.
Fig. 7 Curvado a presión
Curvado con mandril Para tubos de pared delgada con radio de curvado pequeño. El tubo se fija firme entre los discos de curvado y mordazas de cierre. En el tubo se fija al extremo de un mandril. El disco de curvado gira alrededor del ángulo fijo y con esto arrastra al tubo.
Herramienta de curvado con escotilla de tensión
El mandril evita que el tubo cree pliegues, hacia fuera no se puede evitar debido a un contrarriel tensado (Fig. 8).
Instalación de curvado con mandril en funcionamiento 2. Curvado con mandril
Fig. 8 Curvado con mandril.
5
Curvado de tubos
Curvado con rodillos Para tubos con radio de curvado muy grande y serpentines.
Rodillo curvador
Un rodillo curvador ajustable en altura con radio adecuado presiona el tubo contra ambas contrapuntas de forma de rodillo. No se curva en un solo paso, sino que en varios avances y retrocesos con distribución simultánea del rodillo curvador central (esto se asemeja a la operación de cilindrado de planchas Fig. 9). Con tubos muy grandes desde 300 mm de diámetro interior no se obtienen buenos resultados al volver a curvarlos en frío. Se curvan en caliente. En el curvado en caliente disminuye la resistencia a la deformación. El endurecimiento, temido en los tubos de presión, se evita.
Contrapuntas
Fig. 9 Curvado con rodillos
El curvado en caliente se divide en: Curvado en caliente sobre una placa horizontal
Curvado inductivo en una máquina curvadora
En el curvado en caliente, se deposita sobre la placa el tubo horizontalmente apoyado en una plantilla, con el ángulo de curvado deseado. La arena puesta de relleno antes del calentamiento debe evitar la curvatura con pliegues en el lado interior y ovalización. La arena emite su calor almacenado en el tubo durante el curvado y prolonga así el posible tiempo de transformado. En el taller se obtienen buenos resultados las siguientes fórmulas empíricas para el cálculo en tubos curvados y valores indicativos para radios de curvado (Figuras 9 y 10):
Ls
2,5 D
Calculo para el curvado de tubos Ejercicio: Un tubo de acero de precisión DIN 2391 – St 35 200x10 debe ser curvado en caliente con R=5D en 90°. ¿ Qué medida tienen Ls , L ?
Longitud de calentamiento L 1,6 Rm
Radio de curvado central Rm: D
Rm = R + ------ - s 2
200 mm Rm = 5 • 200 mm + ------------ - 10 mm 2 Rm = 1090
Fig. 10 Calculo para el curvado de tubos. Longitud de sujeción Ls:
Ls Ls Ls
2,5 D 2,5 • 200 mm 500 mm
Longitud de calentamiento L:
L L L
1,6 Rm 1,6 • 1090 mm 1750 mm
6
Plegado de chapas
Acero (St 37) D (ca.) s R (ca.) 6 1 16 10 1 20 30 2 50 40 2 100 60 4 200 100 5 300
Cobre Aluminio D (ca.) s R (ca.) D (ca.) s R (ca.) 10 1 30 6 1 20 20 1,5 80 10 1 40 40 3 200 20 1 100 60 4 300 40 1,5 200 en estado esferoidal R como en acero
En la tecnología de tuberías se desarrolló el procedimiento de curvado inductivo. Un aro recorrido y calentado por corriente eléctrica, llamado inductor, calienta a través de inducción electromagnética el lugar de curvado. El tubo se desplaza continuamente por el inductor, es así calentado y transformado. Un brazo de curvado lo obliga a mantener la dirección deseada. Al mojarse antes y después del inductor se evitan deformaciones no deseadas (Fig. 11). Este procedimiento es automatizable. Existen máquinas curvadoras con inductor de control numérico computarizado (CNC), que pueden realizar curvaturas múltiples o de extensión de tubos. Las coordenadas y los radios de curvado las entrega el operador directamente desde el terminal computacional de tuberías isométrico en la máquina.
Fig. 11 Curvado por inductor.
1.3 Plegado de Chapas Los perfiles laminados en frío para la construcción liviana de acero, perfiles de formas especiales o piezas moldeadas de chapa para accesorios de ventilación se fabrican con mayor economía por plegado. Este es un procedimiento de moldeado maquinal con cantos de curvatura rectos y radios de curvado muy pequeños. Se trabaja con plegadoras giratorias o prensas matriz de curvado. Funcionamiento de una máquina plegadora osciladora Característica de esta máquina son las tres mordazas de tipo lineal. La tira de chapa en transformación se mantiene entre la mordaza superior y la inferior.
Vista general de una maquina plegadora osciladora
Mordaza superior Zona de trabajo de una maquina plegadora osciladora
Regla de curvar
Punto de giro Listón de curvado Viga de curvado
Base
Su distancia es modificable para la lograr introducir la chapa y para diversos espesores de metal. A través de giro de la mordaza curvadora alrededor del ángulo de curvado demandado se transforma la chapa. Para trabajos diferentes se pueden agregar guías intercambiables en la mordaza superior y en la de curvado (Fig.1).
Fig. 1 Formas de trabajo de una maquina plegadora osciladora
7
Plegado de chapas
Funcionamiento de una prensa estampadora de curvado En esta máquina está la tira de chapa sobre un prisma con diferentes ángulos y formas, la matriz. En la mordaza superior hidráulica en acción está el molde macho en tensión. Al dirigirlo verticalmente hacia abajo, presiona la tira de chapa en el espacio y la forma del ángulo deseado. El ángulo logrado depende de: • Fuerza de prensado, velocidad y profundidad de hundimiento del molde macho, • radio de canto y forma del molde macho, • ancho del agujero en la matriz, • consistencia del material. A través de la experimentación deben cambiarse los valores hasta que se logre el ángulo deseado. La herramienta inferior es para diferentes trabajos de plegado girable y como el molde macho, intercambiable. Las chapas de grandes dimensiones pueden ser apoyadas constantemente durante el procedimiento de curvado con dos consolas de alta inclinación. La velocidad de elevación de las consolas es ajustable progresivamente. En las posiciones finales sirven las consolas de apoyo de chapa como ayuda al curvar. El dispositivo posterior ajustable permite curvaturas múltiples exactas una tras otra, que son típicas por ejemplo para perfiles canales.
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
Herramienta superior Altura de descenso Muñón de sujeción Viga inferior Disco centrador Placa de sujeción Herramienta inferior Placa de sujeción Viga superior.
Fig. 2 Funcionamiento de una prensa estampadora de curvar.
Las prensas matrices de curvado se fabrican hasta con 16 m de longitud y 800 t de fuerza de prensado. Se pueden curvar flejes anchos de hasta 25 mm de espesor. Trabajan más rápido que las máquinas plegadoras, ya que suprime el tensado de la chapa. Una desventaja de la máquina plegadora es que sólo se pueden plegar alturas pequeñas (pequeña dimensión del ala). La figura 2 muestra la parte principal de cada prensa matriz de curvado, el molde macho superior intercambiable, llamado también orza, así como el prisma giratorio. El acodado de la orza es necesario para perfiles “C” y canteados múltiples (ver ejemplo en la siguiente página, Figura 3).
8
Plegado de chapas
• Máquina controlada por programas Una disminución substancial de los tiempos de fabricación se ha conseguido con el equipamiento de máquinas de curvado con un control NC (Control Numérico). Se puede almacenar un número ilimitado de pasos de programación e informaciones complementarias. Un paso de programa cubre con esto un procedimiento completo de curvado:
•
En la máquina plegadora osciladora: Posición del dispositivo de tope para la chapa, cerrado de la mordaza superior, levantamiento y regreso del dispositivo de curvado, apertura de la mordaza superior. En la prensa estampadora de curvar: Posición del dispositivo de tope para la chapa, hundimiento del molde macho con apuntalado simultáneo, regreso del molde macho.
Las informaciones complementarias como „girar chapa“ , „voltear chapa“ o „ hacer tope atrás“ le dan al operador información valiosa en el trabajo de plegado repetitivo y extenso.
Perfil sombrero
Herramienta normal
Perfil especial Herramienta especial
Fig. 3 Ejemplos de trabajo de curvado por estampado. Máquina plegadora manual (figura. 4)
Ésta trabaja según el principio de la máquina plegadora osciladora, sólo que aquí están separadas las mordazas superior y curvadora en segmentos individuales de diferentes anchos ( mordazas de banda de piano). Se pueden combinar en diferentes anchos. Con esto es posible producir plegados en todos los anchos y direcciones (hacia arriba, hacia abajo, lateralmente, etc.). Esto es una gran ayuda en la terminación de canales en construcción de ventilaciones o cantos de pequeños contenedores de hojalata.
Perfil cerrado con desdoblado de la superficie.
Retiro parcial hacia fuera de la mordaza superior.
Fig. 4 Maquina plegadora manual.
Un adecuado ajuste de las máquinas y el aprovechamiento de opciones posibilitan canteados para diferentes tipos de plegado.
9
Plegado de chapas
Ejecución de plegados En el curvado oscilante y en el de estampado hay que tomar en cuenta la disminución causada por cada canto plegado así como el radio de curvado mínimo dependiendo del material. Entonces no es posible hacer el corte sólo según las dimensiones externas. En el perfil mostrado en la figura 5, resultaría la suma de las medidas externas un ancho de chapa de 300 mm.
Ejemplos de plegado manual La disminución v depende de • Radio de curvado R Espesor de chapa s • Debe ser sacada para cada plegado de la suma de las dimensiones externas:
Realmente puede ascender según el cálculo del ancho de banda sólo a 282 mm. Por los cuatros plegados se produce una disminución de las dimensiones externas. Si el radio de curvado R es mayor que 10 veces espesor s de la chapa, entonces se calcula el ancho de desarrollo como el largo lineal de la pieza moldeada.
Formula empírica:
Largo lineal = largo de las fibras neutras
Formula exacta:
Para el trabajo en máquinas se toma en cuenta: Máquina de plegado oscilante: • Marcar la mitad del plegado, para esto sacar la mitad del acortamiento de cada largo de lado, • dejar desaparecer la línea de marcado al sujetar bajo la mordaza superior • ajustar el ancho de desarrollo libre antes de la mordaza superior y fijar la banda restante, • plegar la banda de prueba, • verificar las dimensiones y ángulos Prensa de curvado por estampado • Marcar la mitad del plegado como en la máquina de plegado oscilante, • situar la mitad de la marca justo bajo la mitad de la muesca del molde macho y posicionar el dispositivo de tope posterior. • Control: separación de la mitad de la muesca con el dispositivo = medida de acabado menos mitad de disminución, • plegar banda de prueba, • verificar las dimensiones y ángulos
Disminución v:
B = L1 + . . . + Ln − n • v
R ------ + s 2
V
v = 0,43 R + 1,48 s Si el radio R es mayor que 10 veces el espesor de chapa s, entonces se calcula el ancho de desarrollo como el largo lineal de la pieza moldeada.
Largo lineal = largo de las fibras neutras
Ejercicio:
Fig. 5
Suma de las dimensiones externas: L = L1 + 2L2 + 2L3
L = 60 mm + 2 • 100 mm + 2 • 20 mm L = 300 mm Disminución: v
Fig. 5 Calculo para plegado
Ancho de desarrollo B:
R ----- + s 2
v v
5 mm --------- + 2 mm 2 mm 4,5 mm
Ancho del desarrollo: B L − 4 • v B 300 mm − 4 • 4,5 mm B 282 mm
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Cilindrado de chapas
Trabajos de curvados especiales En el prensado de curvado se pueden plegar también perfiles que son más largos que los rieles. Se pone la banda de chapa sobresaliente en los lados, se cantea varias veces hasta que se alcanza el ángulo deseado, pero se desplaza la banda después de cada canteado parcial. Los cuerpos transitorios son marcados según el procedimiento de desarrollo por triangulación directamente en la plancha de chapa, se calcula el ángulo, que se produce para cada plegado y se ajusta la banda de chapa justo con la marca bajo la mitad de la muesca del molde macho (Figura 1).
Virola de base cuadrada y boca redonda
Desarrollo
Con un molde macho redondo es posible redondear bandas de chapa cuando no se dispone de una máquina curvadora eficiente.
Fig. 1 Plegado de cuerpos transitorios. Máquinas cilindradoras de rodillo (Fig. 2)
1.4 Cilindrado de Chapas
1.4.1
Tubos, contenedores y otras construcciones de chapas cilíndricas se pueden formar de planchas rectangulares en máquinas cilindradoras. Con instalaciones adicionales y técnicas de trabajo especiales se pueden cilindrar piezas de moldeado cónicas y angulares, así como espirales de chapa. Éstas se necesitan por ejemplo como peldaños en las escaleras de caracol o como material previo para tubos soldados en espiral.
Su estructura es en principio siempre igual: entre varios rodillos dispuestos de diferente forma corre una chapa varias veces y se transforma así en un cilindro. En construcciones metálicas se puede diferenciar máquinas cilindradoras de 3 o 4 rodillos. Las máquinas pequeñas tienen operación manual, las grandes, motores eléctricos o hidráulicos con hasta 300 kW de potencia. Las máquinas tienen control de recorrido hacia la derecha o izquierda – así la chapa puede ser llevada a su forma final continuamente con varios recorridos de avance o retroceso.
Las dimensiones de las piezas de trabajo dependen de la medida de la máquina. Éstas alcanzan desde pequeñas canales de ventilación de hojalata hasta contenedores de St 70 con 60 mm de espesor y 8 m de largo. Estas dimensiones se pueden redondear sólo en caliente.
Con tubos de grandes diámetros se deben trabajar los cantos soldados antes del cilindrado, por ejemplo a través de fresado o corte térmico de cantos.
Maquina cilindradora de tres rodillos Radio de curvado
Simétrica
Maquina cilindradora de cuatro rodillos Asimétrica
Rodillo superior
Rodillos inferiores
Rodillo de presión
La puesta en marcha del rodillo cambia el radio de curvado. Radio más pequeño – radio del rodillo superior – acojinamiento de la chapa. La parte final c debe ser curvada previamente o removida más adelante.
Rodillo superior accionado
Rodillo lateral Rodillo inferior
La puesta en marcha del rodillo de presión cambia el radio de curvado. Ambos finales se fijan entre el rodillo de curvado y el inferior y se curva con el rodillo de presión.
Rodillo superior
Rodillo inferior
Una puesta en marcha del rodillo lateral cambia el radio curvado. La chapa se puede redondear por ambos lados y en cada caso por el rodillo lateral.
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Ejemplos de trabajos
Introducir la chapa y orientar automáticamente
Poner en funcionamiento el rodillo de entrada para curvado
Continuar redondeo y curvado automático del segundo enchapado
Hacer descender el rodillo de entrada y poner en funcionamiento el rodillo de salida
Descender el rodillo inferior y abrir el cojinete plegable
Fig. 2 Maquinas cilindradoras de rodillo
1.4.2
Ejemplos de trabajos
Un tubo de ventilación cilíndrico, figura 3, debe ser cilindrado de chapa delgada, unido con un plegado sencillo y reforzado unilateralmente por un inserto de metal. Son necesarios los siguientes procesos de trabajo: • • • • •
• •
Trazar forma tomando en cuenta las adiciones y sujeciones, insertar metal unilateralmente, redondear chapas en torno o cuerno de bigornia cantear plegado en forma opuesta, cilindrar a máquina en varios pasos, mantener en esto el canto de chapa exactamente paralelo al eje del rodillo superior, abatir hacia arriba el rodillo superior y retirar la coraza de chapa, trabajar plegados, inserto de metal y verificar.
El pasamanos exterior con forma de espiral de una escalera de caracol se pliega con una porción de chapa, que se ponen en los rodillos en forma oblicua. Para esto los cojinetes deben estar ordenados de tal manera que la banda curvada pueda abandonar continuamente la máquina. El ángulo corresponde al ángulo de inclinación de la baranda de la escalera y se calcula de la altura de planta y de la curvatura vertical proyectada de la baranda (Figura 4).
Fig. 3 Tubo de ventilación
Angulo de inclinación de la espiral
Fig. 4 Cilindrado en espiral
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Ejemplos de trabajos
El cilindrado de piezas de chapa cónicas una de los procesos más difíciles transformación y presupone destreza confianza con la máquina. La fabricación corresponde desenvolvimiento de la cubierta del cono.
es de y al
Durante el cilindrado el corte debe ser apretado en el radio grande de tal manera que el rodillo superior se encuentre siempre en la zona de contacto de la plancha en forma vertical a ambas orillas curvas del corte. El canto exterior de orilla con el gran radio de corte debe ser entonces “rápidamente“ conducido por debajo del rodillo superior como el canto interior de orilla. En algunas máquinas se puede instalar el rodillo inferior levemente oblicuo, el corte es agarrado del borde interior y apretado en forma manual o con garra (Figura 5).
3100 x 80 mm Cilindrado de un cono Cono: espesor de chapa 30 mm. Diámetro de apertura 800 mm. Largo 1500 mm, Ángulo cónico 30°; tiempo de curvado 12 minutos A través de posición oblicua del rodillo inferior se agarra el corte cónico en el perímetro grande a través de los rodamientos superior e inferior. A través del accionamiento de los rodamientos superior e inferior se logra el transporte de la chapa en el perímetro grande. En el perímetro pequeño no está la chapa sujeta por la posición oblicua del rodillo inferior y la diferencia de perímetro se compensa. El impulso axial del corte es recogido por un patín especial que aplica la fricción necesaria para equiparar la diferencia de perímetro.
Fig. 5 Cilindrado cónico
Si la máquina está dotada con un control de mando numérico, entonces se puede fabricar en un paso un tubo con una sección transversal rectangular de un corte rectangular (Figura 6). Aquí se cambian brevemente las separaciones de los rodillos laterales con los superiores, de tal manera que con los rodillos laterales retirados pase la chapa primero sin curvar entre los rodillos superior e inferior y luego sea plegado rectangularmente por una rápida colocación de los rodillos laterales. Este procedimiento se repite en el próximo sector plegado. Decisiva es la colocación y retiro rápidos de los rodillos laterales.
Fig. 6 Cilindrado angular
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Embutido profundo / Prensado por extrusión
2. Transformación bajo Condiciones Compresivas 2.1 Embutido profundo En el trabajado de chapas industrial es el embutido profundo el método más importante de transformado en frío. Se pueden fabricar con éste, artículos desde latas sencillas hasta piezas moldeadas complicadas de carrocerías. Lo que tienen en común todos estos productos de embutido profundo es que debido a los altos costos de herramientas y máquinas es rentable sólo la producción en masa (Fig. 1). Por esto el embutido profundo juega un papel subordinado en las empresas artesanales de la especialidad.
Que el corte se deje embutir fácil o difícilmente depende también de la medida del radio en el cabezal del molde macho. Los radios grandes facilitan una terminación sin problemas, pero generalmente no son deseados por el cliente. Para piezas grandes de paredes delgadas se han desarrollado procedimientos especiales de embutido profundo, por ejemplo el embutido profundo con herramientas “acolchantes”. Aquí presiona un molde macho la chapa sujeta por el prensachapas en un recipiente sólido lleno de aceite o contra una forma de goma.
2.2 Prensado por Extrusión Es un procedimiento similar al embutido profundo, un procedimiento de fabricación en serie, por ejemplo para tubos de metal no férrico y también para cilindros hidráulicos de alta tensión. En oposición al embutido profundo no se usa en la extrusión el corte de chapa, sino un recorte de varilla. Un molde macho presiona sobre la pieza en bruto, el material desplazado sube por el molde macho (Figura 3). Este proceso ocurre, como en el embutido, en varias pasos. El resultado es una pieza de trabajo de medida exacta y alta resistencia con alta calidad de superficie (Figura 4).
Fig.1 Piezas de embutido profundo Procedimiento Las chapas de embutido profundo, mayormente de St 15 05, se caracterizan por una muy buena capacidad de dilatación. Primero se manufacturan los cortes. Luego se moldea en varios pasos de trabajo (cargas) una pieza en forma de vasija en una prensa hidráulica se muestra en la Fig. 2. A veces es necesario usar varias herramientas. Un prensachapas debe evitar que se formen pliegues en los bordes cuando la chapa se está embutiendo lenta y profundamente sin que se rasgue. Las prensas pesadas deben aplicar una gran fuerza para que se pueda atravesar el límite de fluidez del material.
Aluminio y metales no ferrosos se pueden extruir relativamente fácil, mientras que el acero debe ser precalentado frecuentemente, para que se mantenga el consumo de energía en el marco justificable. Se habla entonces de prensado por extrusión en frío o bien en caliente.
El material se levanta en la forma
Fig. 3 Secuencia de trabajo en el prensado por extrusión.
Fig. 2 Embutido profundo de una chapa en 6 pasos.
Fig. 4 Prensado por extrusión en varios pasos. 14
Repujado, embutido, abovedado
2.3 Repujado, Embutido, Abovedado
2.3.2
2.3.1
Incluso en un torno combinado se pueden repujar piezas de trabajo de diámetro pequeño con una cabeza de rodillo simple. Con números grandes de piezas son rentables las máquinas electro / hidráulicas con control de mando numérico (Figura 3). Éstas eliminan el agotador apretado manual. Su control de mando se encuentra en situación de registrar el primer procedimiento manual, cambiarlo a un programa y reproducirlo continuamente a voluntad.
Repujado
A través del repujado de metales se pueden fabricar cuerpos huecos de metal con medios sencillos. Es una de las formas más antiguas de procedimientos de transformación. El material inicial es un corte de chapa que es tensado delante de un revestimiento de repujado y junto con este puesto en movimiento giratorio. Con ayuda de una herramienta de embutir o de un rodillo de presión se aprieta el corte girante sobre el revestimiento en el interior. A través de esto se logran varias formas de piezas de trabajo. La figura 1 muestra el principio del repujado de metales con la cabeza de un rodillo.
Máquinas de repujado
Además se pueden formar con esto botellas de alta presión para gases industriales y también botellas de acero simples, para la industria alimenticia (Figura 4). El tubo se precalienta fuera de la máquina y durante el repujado se mantiene caliente con un soplete a gas.
Revestimiento de repujado
Rodillo de repujado
Soporte cruzado
Fig. 1 Principio del repujado de metales con un rodillo de repujar.
Se pueden repujar muy bien en frío chapas de aluminio, cobre y latón así como chapas de embutido profundo de acero, mientras que el acero inoxidable es transformable en forma muy limitada. Las chapas de acero se trabajan con rodillos especiales, estrechos y pulidos, para lograr un alto grado de transformación. Con chapas muy delgadas existe el peligro de formación de pliegues. Las piezas de precisión se fabrican en máquinas de repujado con dos rodillos, los cuales tienen un flujo sincrónico (Figura 2).
Fig. 3 Transformación en frío con una maquina de control numérico (CNC).
Fig. 4 Botellas de gas de pared gruesa se procesan a partir de un tubo.
Fig. 2 Repujado con dos rodillos de acero
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Rebordeado, curvado, plegado
2.4.2
Embutido y Abovedado
Con esto se fabrican fondos de recipientes y objetos de la industria del arte como bandejas. Embutido y abovedado son procedimientos de repujado modificados: El corte de chapa se procesa varias veces a través de una herramienta superior y una inferior y es así moldeada (Figura 1).
La figura 3 muestra la manufacturación de bordes a través de las diferentes técnicas: •
Plegado:
•
Curvado: en bordes de forma curva con arcos interiores; aquí se estira el material, se habla de “rebordeado hacia fuera”;
•
Plegado:
en piezas rectas de chapa
en arcos externos de forma curva;
aquí se aplasta el material, se habla de “rebordeado hacia dentro”
Los bordes se pueden manufacturar en forma manual o con máquinas. Rebordeado a mano
Si se cambia la pieza complementaria de la herramienta se puede también, con el convertidor de fuerza rebordear, en forma cerrada, martillar y agujerear.
Fig. 1 Abovedado de un fondo de recipiente
Para el rebordeado hacia dentro se necesita una hachuela curva y maceta de madera (Figura 4). La hachuela curva conveniente, está puesta en una base de madera o yace libre sobre la chapa, la maceta de madera evita un aplastamiento de la chapa. El diámetro de la hachuela curva debe ser un poco más pequeño que el diámetro del corte de chapa. Para el rebordeado hacia fuera se necesita martillo contorneador y una superficie lisa, de un yunque por ejemplo. La orilla de la chapa se “da vuelta” lentamente con un martillo contorneador (Figura 5).
2.4 Rebordeado, Curvado, Plegado Rebordeado Es la fabricación de bordes estrechos en fondos de chapa con cualquier forma (Figura 2). La orilla o borde posibilita uniones de soldeo, plegado o remachado con el tronco de la pieza de trabajo, por ejemplo, con la coraza de un recipiente.
Fig. 4 Rebordeado hacia adentro de un fondo.
a) Manto,
b) Borde,
c) Corte
Fig. 2 Bordes en fondos de chapas.
1) Plegado recto, 3) Estirar,
2) Perforar esquinas 4) Recalcado
Fig. 3 Técnicas de trabajo con rebordeado.
Si el borde se da vuelta demasiado rápido o los golpes son dados muy irregularmente, entonces el borde se rasga.
Fig. 5 Rebordeado hacia fuera de un manto. 16
Rebordeado, curvado, plegado
Una unión de dos tubos usada en la técnica de instalaciones se muestra en la figura1. La forma de unión ahorra trabajos difíciles de ajustes, da como resultado una costura de soldeo sencilla. El tubo grande se perfora, la orilla del agujero se rebordea hacia fuera. Se habla con esta técnica de “hacer un cuello”.
DL
D + t + 2R –
También en un torno de conformar metales (torno repujador) se pueden crear bordes para los fondos de recipiente. Sin embargo, la desventaja es que se debe confeccionar una forma o molde. Una solución muy elegante es el rebordeado en una máquina rodonadora (Figura 3). El rodillo superior angosto debe estar ajustado exactamente al rodillo ancho inferior. De la misma manera se puede reequipar una cizalla mecánica circular con rodillos especiales para la fabricación de bordes.
• R – 2L
Fig. 3 Rebordeado en la rodonadora. Curvado
Fig. 1 Fabricación de un cuello en una unión de tubos. Rebordeado con máquinas
Los extremos de tubos se pueden llevar hacia fuera lentamente con un martillo contorneador. El material no se debe rasgar, se tiene primero que estirar lentamente la fibra exterior por recalcado del material (Figura 4). Esto vale con el curvado manual como para el que se realiza con máquinas. Mientras mayor el radio de curvado, mayores son las transformaciones en la zona de los bordes
Se usan sobretodo máquinas pequeñas con accesorios intercambiables, rebordeadoras manuales. El ejemplo de trabajo en la figura 2 muestra el rebordeado de un fondo de recipiente con 280 mm de diámetro, en chapa de acero de 1,5 mm de espesor. El reborde es de 10 mm de alto, el radio del reborde asciende a 2 mm. Peligro de accidente: Las chapas son de cantos muy afilados – use guantes de protección.
d
Fig. 4 Curvado de tubos.
trabajo. Fig. 5 Curvado: técnica de trabajo
Curvado a mano
Fig. 2 Rebordeado con maquina manual.
La herramienta más importante es el martillo contorneador, ya que un martillo común, separaría el material y no lo estiraría. Para materiales muy blandos se puede utilizar una maceta de madera. El martillo se debe dirigir siempre, de tal manera, que la peña indique hacia el radio de la pieza de trabajo (Figura 5). El extremo se dobla gradualmente. Se trabaja con golpes regulares cerca de los 3 / 4 del ancho de la pletina.
17
Rebordeado, curvado, plegado
Curvado de un perfil – Z 30/50/30/1,5. El perfil se estira en la zona de los bordes
Curvado de una brida en una pieza intermedia de recipiente
Curvado con un conformador manual.
Curvado con máquinas
En el curvado con máquinas se pueden utilizar diferentes accesorios como herramientas. Así se pueden trabajar mejor las chapas de acero con piezas insertadas de acero, al contrario de chapas de aluminio que se trabajan con herramientas de materiales sintéticos que tratan la superficie con cuidado. Si es necesario se debe alisar la superficie áspera después del curvado con una herramienta de alisar (Figura 1). Para la correcta elección de la herramienta intercambiable liviana es decisivo, junto con el espesor de la chapa y material, el ancho del borde.
Una máquina rodonadora se ajusta no solamente para el rebordeado sino que también para el curvado, con los rodillos correspondientes. Nuevos accesorios para conformadoras manuales asignan junto con el movimiento de golpe vertical un movimiento lateral. Según la dirección del curvado este movimiento adicional aprieta o estira el material en la zona del borde. Con el conformado manual se pueden fabricar, rápidamente, perfiles para puertas de arco de medio punto o chapas exteriores en ventanas redondas. El antiguo curvado manual usado no tenía una duración substancial más larga, sino que producía, frecuentemente, resultados de trabajo insatisfactorios por el endurecimiento en frío del material.
Durante el impacto el material es recalcado, el ángulo de la chapa se curva hacia dentro.
Durante el impacto el material es estirado, el ángulo de la chapa se curva hacia afuera
Después del curvado se puede alisar la pieza de trabajo entre dos accesorios de alisar.
Accesorios de material sintético son adecuadas para materiales blandos.
Fig. 1 Principio del curvado con el conformador manual
18
Refuerzos de piezas moldeadas en chapa
Plegado Si la superficie del borde de un recipiente o perfil no debe ser uniforme, entonces es suficiente plegar el borde a través de un simple ondeado. El material no es estirado. En el plegado se ondea el material excedente con un alicate de redondear o bien con un martillo contorneador en la periferia, en forma proporcional (Figura 1). Las ondas no se deben formar muy estrechamente. Durante el conformado la pieza debe ser apuntalada o fijada, para que no se tuerza.
2.5 Refuerzo de Piezas Moldeadas de Chapa
Fig. 1 Plegado de perfil angular. •
Efecto del refuerzo Las estructuras de chapas ganan estabilidad. •
Los refuerzos superficiales se realizan la mayoría de las veces como surcos o canaletas.
Los refuerzos en el borde son estructurados la mayoría de las veces como cubiertas, canaletas de borde o rodones (Figura 2)
Los refuerzos de chapa tienen varias tareas en tecnología de construcción de chapas delgadas. Ellos deben:
Cubiertas
Talones a) Fabricación de un talón en la maquina repujadora b) Este talón se ha fabricado en la maquina rodonadora.
Mientras que el borde rectangular (a) se produce en la máquina plegadora, el refuerzo triangular se termina en la máquina de talón triangular.
a) b) c)
cubierta sencilla cubierta doble cubierta hueca
Insertos de metal
corte de chapa
suplemento de chapa
Z
2,5 • d
plegado
inserto terminado
Fabricación de un inserto de metal
Rebordeado de una orilla de pieza de trabajo en la máquina rodonadora.
Terminación alternativa
2. refuerzos de bordes.
19
Canaletas
• •
•
Aumentar la solidez de la estructura de una construcción, Ahorrar material, por ejemplo, a través de canaletas se reduce el espesor de chapa de carrocerías de vehículos, portones de garajes o tarros de conserva. Aumentar el espesor de bordes de chapa delgados cortantes, para evitar el peligro de heridas y deformaciones.
Los refuerzos han ganado gran importancia desde que se usan chapas como elementos de estructuración en construcciones livianas de acero. Hay que considerar sin embargo la demanda adicional de chapa por refuerzos y cubiertas.
Refuerzos de bordes En el taller se ofrecen, dependiendo del equipamiento, varios métodos y máquinas para reforzar bordes de chapas (Figura. 2).
2.6 Canaletas
Las canaletas evitan sobretodo el abollado de grandes áreas de chapa. Además tienen otras funciones (Figuras 1 y 2).
Guarnición con canaleta de perla
P.e, industria del arte
El tope evita deslizamientos
P.e, bajadas de agua de chapa
Agrandamiento de la superficie
P.e, radiadores de placa
Preparación para unión
P.e, fondos de recipientes, se sueldan después
Como protección contra accidentes
P.e Como refuerzo de borde
Para reducir la resistencia de rodadura
P.e, anillado de barril
Para amortiguación de ruido
P.e, colocación de canaletas en lugares altamente vibrantes
Fig. 2 Funciones de canaletas
Fig.1 Formas de canaletas.
Máquina rodonadora con alimentación hidráulica
Máquinas Las diferentes formas de canaletas se pueden fabricar en máquinas o equipos automáticos acanaladores sencillos. Sobre todo para piezas de fabricación en serie como latas de conserva es muy rentable el acanalado automatizado. En construcciones metálicas se moldean canaletas con máquinas rodonadoras (Figura 3). La chapa recorre varias veces un par de rodillos de forma (próxima página, Figuras 4 y 5). Para que las canaletas se vuelvan circulares o bien “rectas” se equipan las máquinas con topes ajustables o guías. Aparecen fallas la mayoría de las veces por ajustes erróneos de la máquina: • Rodillo superior e inferior están mal ubicados, • Pieza de trabajo mal dirigida, • Los rodillos son colocados muy profundamente o demasiado rápido.
Con la máquina conformadora de bordes de fondo se coloca aquí una canaleta en el fondo de un recipiente
Formación de canaletas con un grupo de herramientas en una estampadora de copias
Fig. 3 Maquinas rodonadoras. 20
Canaletas
Fig. 4 Par de rodillos para la fabricación de rodones independientes.
Fig. 6 Cambio de forma de la pieza de trabajo por la acción de los rodones. Determinación del efecto del refuerzo En el diagrama de la figura 7 se puede reconocer que un soporte reforzado correctamente puede recibir más fuerzas que uno no reforzado. Esto se consigue aumentando el consumo de material en un 10 % aproximadamente. La desventaja es que el material se endurece por los rodones o incluso se debilita en ciertos puntos, lo que puede conducir a formación de fisuras. Un cálculo de la solidez de la estructura y esfuerzo permisible de piezas moldeadas de chapa es casi imposible. Raramente se producen esfuerzo tractor o de compresión sino que la mayoría de las veces es una quebradura o dobladura. Para los cálculos de estos estados de tensión multiaxiales deberían ser conocidos los momentos de área y resistencia de la pieza, que se pueden determinar la mayoría de las veces sólo por vía experimental.
Fig. 5 Formas de rodones y parejas de rodillos. Además se debe considerar en la determinación del corte, que un rodón “consume” material (Figura 6). Para las distintas formas de piezas de trabajo es difícil calcular estos suplementos, por esto se termina en el taller primero una pieza de muestra y luego se determina el corte. De la igual forma, como los otros procedimientos de transformación de chapas se pueden fabricar rodones manualmente o en prensas de curvado por matrices, en máquinas de repujado, con tijeras circulares o prensas hidráulicas.
Fig. 7 Influencia de los rodones en la capacidad de carga y rigidez.
21
Forja
Procedimientos de forja
3. Forja • Uno de los procedimientos más antiguos del trabajado de metales es forja. La profesión del herrero nació hace milenios y de él han nacido muchas otras profesiones del trabajado de metal. La forja como proceso de formado artesanal juega un importante papel en el diseño de metales (Figura 1). Son requisitos para un buen trabajo de forja:
Fig.1 Portón renacentista forjado en Freiberg (Sajonia)
• •
El dominio de las herramientas y técnicas básicas, Un conocimiento del comportamiento del material en estado incandescente, el conocimiento de conformación con materiales y propósitos correctos.
Esto facilita al diseñador de metales o bien al herrero el próximo paso, o sea el bosquejo de trabajos mayores de forja como enrejados, barandillas o trabajos artísticos.
Forja a estampa de un cigüeñal. La pieza bruta, aun no totalmente terminada, se levanta de la contra estampa.
Forja a estampa: desarrollo de un cigüeñal.
Fig.2 Estampa de forja y pieza de trabajo.
3.1 Procedimientos de Forja
Forja es el moldeado de un material en estado incandescente por fuerzas externas El material debe ser forjado totalmente, una decoración sola de la superficie a través de, por ejemplo martillado no es ningún trabajo de forja y por esto es rechazado.
En la forja a estampa presionan prensas o martinetes el material incandescente dentro de una matriz, la que coincide con la pieza de trabajo terminada (Figura 2). En comparación con los procedimientos de fabricación con arranque de viruta, la forja tiene las siguientes ventajas:
Se diferencia: • • •
Forja sin matrices en el yunque, Forja a estampa Forja sin matrices con prensas y martinetes.
Durante la forja sin matrices se transforma el material incandescente libremente entre el martillo y yunque, si las piezas de trabajo son muy grandes, entonces hay que ayudarse con pescante o brazo mecánico.
Ahorro de material Las piezas de trabajo reciben aproximadamente su forma final, el trabajo posterior se limita al mínimo. La forja a estampa industrial especial consigue alta exactitud de medida y forma.
22
Materiales y temperaturas
Mejoramiento del material El “desenvolvimiento de la fibra” no se interrumpe, como en el arranque de virutas, sino que las “fibras de material” son “desviadas” y adaptadas a la forma de la pieza de trabajo. Con esto aumentan la solidez y la resistencia. También se produce un refinamiento de la estructura intercristalina a través del “buen amasado” del material, que se vuelve homogéneo y pierde la orientación unilateral a través de la laminación de perfilado (Figura 1)
Temperatura de forja y contenido de carbono en el acero Temperatura de Temperatura de Carbono forja más alta forja más alta % °C °C 0,1 1350 0,7 1170 0,2 1320 0,8 1150 0,3 1290 0,9 1120 0,4 1270 1,0 1100 0,5 1240 1,1 1080 0,6 1210 1,2 1050 Rango de forja de aceros Temperatura Temperatura Material inicial de forja final de forja °C °C Acero no aleado con bajo contenido de C 1300 900 Acero no aleado con alto contenido de C 1000 800 Aceros Ni y NiCr con alto contenido de C 1300 900 Aceros de herramientas según contenido de 1200 900 aleación Carbono %
Fig. 2 Temperaturas de forja y contenido de carbono.
Fig. 1 Corte de una pieza de trabajo. 3.2 Materiales y Temperaturas Solamente los metales y sus aleaciones que se pueden forjar son los que adquieren un estado plástico antes de llegar al estado de fundición. Esto vale para acero, muchas aleaciones de aluminio y cobre y también para la plata y el oro. Éstos últimos juegan un rol en la conformación de material sólo como recubrimiento o enchape. La mayoría de los tipos de colada gris no son forjables, ya que debido al alto contenido de carbono pasan directo de estado sólido al líquido.
Denominación del color
Temperatura °C
Blanco Amarillo claro Amarillo oscuro Rojo amarillento Rojo claro Rojo ciruela claro Rojo ciruela Rojo ciruela oscuro Rojo oscuro Rojo marrón Marrón negruzco
1250…1350 1150…1250 1050…1150 880…1050 830… 880 800… 830 780… 800 750… 780 650… 750 580…650 520… 580
Fig. 3 Temperaturas y colores de incandescencia del acero.
Con el aluminio depende la forjabilidad sobretodo de: • Contenido de carbono, • temperatura de inicio y final de la forja (Figura 2), • componentes de la aleación. El acero es difícil de forjar cuando: • el contenido del carbono supera el 0,2%, • está aleado por ejemplo con manganeso, • la temperatura de forja es muy baja. Muy adecuados para forja son los aceros de construcción como St 37-2 (s 235 JR). En el taller se orienta uno por el color del recocido y se pueden así reconocer temperatura de inicio y final de forja. Por esto deben estar el fuego de forja y el yunque en una esquina oscura del taller, así se pueden reconocer fácilmente los colores de incandescencia (Figura 3). En ningún caso se puede forjar en un rango de 300° C. El incremento de la resistencia a la deformación con disminución simultánea de la dilatación conduce al “quiebre azul” (Figura 4).
Fig. 4 Temperatura de forja para el acero e influencia en la formabilidad. 23
Calentamiento y conducción del fuego
Si se sobrepasa la temperatura de forja permitida, entonces la estructura se sobrecalienta, el acero se quema y se vuelve inutilizable; esto se reconoce por la proyección blanca de chispas. El aluminio puro y aleaciones maleables de aluminio son muy adecuados para forja entre 350 y 450 °C. Se debe evitar sin embargo las uniones rígidas de las secciones transversales debido a la susceptibilidad de muesca de este material. La determinación de las temperaturas requiere algo de ejercitación: En el taller se ayuda uno con una astilla de madera que se pasa por la pieza de trabajo y así se reconoce la temperatura (Figura 5). Más confiables son sin embargo los lápices cromotérmicos. Si se pasa por ejemplo el lápiz azul del surtido sobre la pieza de trabajo y la huella del trazo se vuelve negra, entonces se ha alcanzado los 500°C. Huella del trazo
Temperatura
Café claro Café saturado Café oscuro Negro
aprox. 350 ° C aprox. 400 ° C aprox. 450 ° C aprox. 500 ° C
La temperatura se regulariza fácilmente por el paso de aire, esto es muy ventajoso para la forja de metales no férrosos. Los hornos se caracterizan por su ahorro en uso de energía. La fuente de calor clásica en forja es la fragua (Figura 7).
Fig.5 Colores de incandescencia y huellas de trazos en el aluminio. Las aleaciones de cobre juegan un papel muy importante en la estructuración de metales, como bronces y latones especiales con más de 60% de porción de cobre. Su temperatura de transformación se encuentra cerca de los 800°C (rojo oscuro). 3.3 Calentamiento y Conducción del Fuego La pieza de trabajo se traslada a hornos de forja de aceite, gas o eléctricos a temperatura inicial de forja. La cámara de fuego formada de ladrillos refractarios descansa sobre una armazón de acero y está diseñada para mejor mantenimiento del calor con chips o esferas de cerámica (Figura 6).
Fig. 7 Fragua y representación del hogar. Sus componentes principales son: • Armazón, la que contiene el hogar de la fragua, • Campana aspiradora de humo, • ventilador regulable, con el que se aumentan la velocidad de encendido y temperatura. Para el fuego se necesitan medios auxiliares como pala de carbón, amocrafe, atizador, removedor de escoria. Las fraguas de carbón Coque son contaminadoras del medio ambiente. Para la conducción del fuego hay que tomar en cuenta: • • • • •
Fig. 6 Horno de forja.
El carbón Coque debe ser pobre en azufre y muy bien aglutinado, para que el calor en el interior y el acceso del oxígeno se mantengan bajos. Después del encendido con virutas de madera y papel se debe dejar prender el carbón muy bien, para que se disminuya el resto de azufre. Agitar el carbón frío constantemente alrededor del hogar de la fragua y después del encendido llevarlo a la incandescencia. La pieza de trabajo no puede ser expuesta directamente al aire del ventilador, pues se oxida o se quema. En las descansos de trabajo apagar el ventilador, llevar un leño al fuego y cubrir con carbón.
24
Herramientas para forja
Se puede calcular la cantidad de calor necesaria para el calentamiento de piezas de forja. En la práctica es importante la demanda de energía; ésta depende mucho del grado de eficiencia de la instalación: Fragua casi 5%, horno de forja cerrado casi 20% (Figura 8).
Ejercicio: ¿Qué cantidad de calor se necesita para calentar una pieza de forja de acero con la masa m = 3,5 kg de 20°C a 1250°C? (grado de eficiencia 100%) kJ cSt = 0,48 ------kg . K Cantidad de calor = masa x calor específico x diferencia de temperatura Q=m·c· t kJ
Q = 3,5 kg · 0,48 ------- · 1230 K Kg · K Q = 2066,4 kJ Son necesarios casi 2000 kJ
Fig. 8 Calculo de cantidades de calor.
3.4 Herramientas para Forja Yunque, martillos y tenazas son las herramientas más importantes en forja. A estos se añaden otras herramientas diferentes para el yunque como el taz, tornillo herrero, repartidor redondo, repartidor cuadrado, compás de forja, dispositivo de curvado, sufridera, etc. (Figura 1). 3.4.1
Yunque y herramientas auxiliares
Existen yunques en diferentes formas y medidas (de 50…500 Kg.). Muy extendida es la forma con cuerno redondo, cuerno cuadrado y recalcador, así como orificio cuadrado y redondo para la recepción de las herramientas auxiliares. El material de fabricación del yunque, es la mayoría de las veces, acero fundido con superficie endurecida. No está directamente sobre el suelo del taller, sino que descansa sobre un zócalo, sobre un barril de madera de encina lleno con arena o sobre un bloque de madera sólida. Un herrero requiere del yunque que “tire”, con esto se piensa en la resistencia que el yunque presenta frente a los golpes. Éste tira entonces cuando tiene la correcta masa, no rebota y cuando con esto se mantiene el efecto de golpe y no se propaga en el suelo. Un buen yunque se reconoce por ruido claro y puro al martillar.
Fig. 1 Yunque de “cuernos redondo y cuadrado” y herramientas auxiliares.
El trabajo en un taller de forja es muy esforzado, un buen porte y conducción racional del martillo ayudan al alivio (Figura 2, siguiente pagina). Para el entendimiento entre un herrero y su ayudante, el “golpeador adicional”, se ha desarrollado un idioma de yunque especial, ya usado por antiguos herreros. Así significan por ejemplo dos golpes de martillo en la superficie del yunque: “el yunque llama” o bien “el herrero necesita al otro golpeador”.
25
Herramientas para forja
Retención de la pieza de forja y conducción del martillo al forjar sin ayudante. Se debe mantener un ángulo de 90º entre la pieza de trabajo y el martillo (Fig. 2).
Paralelo
Pieza de trabajo
Fig. 2 Forjador solo. Forma de trabajo con un herrero y un ayudante Herrero: Esta detrás del yunque Ayudante: esta delante del yunque (Fig. 3). Cuerno angular
Pieza de trabajo
Cuerno cónico
Fig. 3 Un forjador y un ayudante. Cuando es necesario trabajar con dos ayudantes: El maestro herrero se ubica detrás del yunque, los ayudantes se ubican por el lado frontal del yunque, el primer ayudante dirige el macho o combo y el segundo ayudante dirige el repartidor cuadrado (Fig.4).
Fig. 4 Un herrero y sus dos ayudantes. 3.4.2
Tenazas de forja
Lo mejor es forjar directo “de la barra”, la que se puede tomar y dirigir más sencillamente con un guante de cuero. Para piezas de trabajo cortas se tienen tenazas de forja, cuya forma es adecuada al perfil y a la tarea. Una grapa agarradora desplazada previene el cansancio de la mano (Fig. 5 próxima pagina). Para el agarre con tenazas sirve la siguiente ley de palanca: Para una gran fuerza de agarre en la boca debe ascender la relación del largo de la boca con el largo del lado a aproximadamente 1:6. Largos de boca o bien fondo de boca están estipulados para tenazas de forja, por ejemplo 30, 40, 50 mm.
Calculo ¿Qué tan grande es la fuerza actuante F2 sobre la pieza de forja, cuando el herrero encierra el lado de la tenaza con una fuerza manual F1 = 150 N? Fuerza · brazo de fuerza = carga · brazo de carga
F2 · L1 = F2 · L2 F2 =
F2 = F2 =
F1 • L1 L2
150 N • 300 mn 50 mn 900 N
Las tenazas largas de forja tienen hasta 200 mm de fondo de boca para trabajos específicos. Advertencia: El juego del remache del pivote debe ser suficiente, pero no puede ser muy grande.
La pieza de forja es retenida con 900 N
26
Tenazas de forja
Forma
Denominación
Diseño
usos
Tenaza de boca plana
Forma de boca plana
Acero plano y cuadrado en dirección longitudinal o transversal
Tenaza de boca redonda
Forma de boca ahuecada (redonda)
Acero redondo en dirección longitudinal
Tenaza de boca cuadrada
Forma de boca cuadrática
Acero cuadrado en dirección longitudinal
Tenaza de mordaza Forma de boca Acero cuadrado y plano, plana, la parte impide deslizamiento inferior con bordes lateral laterales Tenaza caja
Forma de boca plana con dobles bordes laterales
Aceros grandes planos en dirección longitudinal, evita el desplazamiento lateral
Tenaza gancho
Boca plana, curvada en forma de gancho
Piezas abultadas
Tenaza angular
Boca plana, Piezas abultadas con curvada en ángulo forma especial
Tenaza de remache Boca de ojete
Para sujetar remaches
Tenaza boca de lobo
Acero redondo, hexagonal y cuadrado en dirección transversal o longitudinal
Forma de boca redonda o cuadrada, entalladuras laterales
Fig. 5 Formas de tenazas y sus usos. 27
Martillos de forja
3.4.3
sin cambiar la forma substancialmente. Los martillos deben coincidir con la sección y el trabajo a efectuar.
Martillos de forja
La energía del martillo utilizado deforma la pieza de trabajo.
Se diferencia entre martillos suplementarios y auxiliares (Figura 6).
Mientras más grande la masa del martillo y mientras mayor la velocidad de los golpes, mayor es la energía eficaz y el material es mejor trabajado. Si no se toman en cuentas estas reglas básicas, entonces se trabaja sólo la superficie, la que es sólo apisonada,
manuales,
Advertencia: tomar en cuenta el buen encaje del martillo con su mango y los cantos libres de rugosidad.
Martillos de forja
Martillos manuales 1…2 Kg. de peso, son dirigidos por el herrero con una mano
Machos o Combos 10…15 Kg. de peso. El ayudante los dirige con ambas manos. El mango está bien acuñado.
Martillo manual Peña transversal al mango, superficie algo arqueada, cantos débilmente quebrados
Martillo contorneador Superficie redondeada, diferentes radios.
El herrero los pone sobre la pieza de trabajo, el ayudante lo dirige con el macho o combo. La forma corresponde a la tarea. El mango tiene casi 800 mm de largo, no enchavetado para evitar golpes de tope. Repartidor redondo, martillos con rebaje Final del martillo semiredondo Diferentes radios.
Martillos aplanadores Ambos lados del martillo tienen superficie plana pero no arqueados; cantos débilmente arqueados
Martillo redondo Ambos lados del martillo tienen la superficie muy arqueada; uno de los lados es la mayoría de las veces cuadrado.
Martillos auxiliares
Peñas de martillos transversal al mango
paralela al mango
Repartidor cuadrado Final del martillo cuadrado o rectangular, con superficie plana y cantos afilados.
Martillo punzonador La mitad del martillo es ovalada, diferentes medidas.
Tajadera para cortar en caliente Ángulo de cuña 20…30°,
Plancha Final del martillo cuadrado con superficie plana y cantos algo quebrados.
Corta frío Ángulo de cuña en la arista de corte casi 30°; arista de corte bien.
Fig. 6 Martillos de forja. 28
Maquinas para forja
3.4.4
Máquinas e Instalaciones
La piezas de gran volumen no se pueden trabajar en el yunque, esto se realiza en forja industrial con una prensa y en forja artesanal con un martinete (Figura 1). La pieza a forjar se toma con tenazas, se ubica en la parte inferior de la mordaza del martinete y los golpes del émbolo de trabajo la deforman. La potencia de los golpes se puede dosificar muy bien con el pedal.
Diferentes piezas añadidas permiten no sólo el moldeado libre, sino también la forja a estampa. Con ejercicio suficiente y talento se puede ejecutar la mayoría de las técnicas de trabajo en el martinete. Para trabajos de formas sencillas como curvado, torcido o curvados ornamentales se encuentran a disposición muchas instalaciones y máquinas sencillas (Figura 2 y 3). Con esto se pueden fabricar piezas independientes como pletinas de relleno, elementos de forma o volutas y riñones de calidad homogénea.
Fig. 1 Martinete neumático.
Fig.3 Maquina para volutas y riñones. Si no se efectúa ningún trabajo posterior de “martillado”, sólo se simula un trabajo manual, esta permitida la utilización de estas máquinas en el taller de forja. Los productos de la estructuración de m etal han sido fabricados en todas las épocas con las técnicas de producción adecuadas al tiem po. 3.5 Técnicas de Forja en el Yunque Los trabajos forjados variados nacen por las tres técnicas básicas: transformado, separado y unión (Figura 4). Éstas deben ser dominadas perfectamente, antes de atreverse a bosquejar y producir grandes trabajos como portones o separadores de ambiente.
Fig. 2 Torno de hierros. Técnicas de Forja
Transformado
Separado
Unión
Las secciones o estructura se cambian Estirar Aplanar Reducción Afilar y aguzar Recalcar Curvar Torcer
La cohesión del material se suprime Cortar Destajar Perforar
Partes Independientes son unidas Soldar por energía eléctrica y oxigas. Unir por candados
Fig. 4 Resumen: técnicas básicas de forja. 29
Transformación por forja
•
Una separación drástica de las técnicas individuales no es posible y no tiene sentido, se encuentran combinadas en todas las piezas de forja con otras o usadas según el objetivo. Las siguientes reglas se deben tomar en cuenta para cada caso: •
• • •
primero bosquejar (escala M 1:1 o modelo de plasticina o madera), después forjar.
forjar con poco “calor”, cada calentamiento aumenta la pérdida por oxidación en cerca 1%. determinar largos de tubos para reducción antes de la forja y rotular con marcas. forjar en lo posible “de la barra” y cortar la pieza terminada. trabajar en forja sólo con ropa protectora: delantal de cuero, zapatos de seguridad, guantes.
3.5.1 Transformación Técnicas de forja
ESTIRADO La pieza de forja se agranda en la longitud y con esto se disminuye la sección. Se diferencia entre el estirado unilateral y bilateral, trabajo con la peña del martillo o con el repartidor redondo o cuadrado en el canto del yunque.
Procesos de trabajo con ejemplos
Estirado en el canto del yunque, gran efecto de alargamiento.
Repartidor redondo y martillo en una línea.
Herramientas como cincel, punto de marcar, atornillador. Estructuras de pletinas para barandas de escaleras.
Ancho de superficies contacto de herrajes.
ENSANCHAMIENTO
El grosor del perfil aumenta por el trabajado, el material se vuelve más ancho, la longitud aproximadamente queda igual.
Se trabaja con la peña del martillo o con el repartidor, aparecen por el gran cambio de la sección pequeñas fisuras.
Usos
alargamiento del material al ensanchar con la peña del martillo.
Pletina de relleno de un enrejado – dos veces ensanchada en la mitad para el agrandamiento óptico.
las de los
Forjado de una boca de tenaza. Superficies de acoplamiento de las pletinas de relleno en los armazones.
30
Transformación por forja
Técnicas de forja REDUCCIÓN
La sección del perfil se rebaja en una parte, para que se forme un talón escalonado. El talón puede ser uni- o bilateral, redondeado en la esquina o afilado en los cantos, moldeado entre los finales o al final de la pieza de trabajo. Una forma especial de este talón es el rebaje: se modelan
Procesos de trabajo con ejemplos
Usos Herramientas como tenazas, cuñas. Entrecruzados de pletinas y uniones remachadas de pletinas de relleno y marcos.
pequeños talones con un cincel romo o repartidor cuadrado en el perfil.
RECALCADO La sección del material se agranda en una parte con disminución simultánea del largo. Se aplasta en forma horizontal o vertical sobre la superficie del yunque o en el yunque recalcador. Además del recalcado se enfría el material para que pueda formarse un talón pronunciado.
AFILAR Y AGUZAR Son una aplicación de la técnica de forja de estiramiento. La pieza de trabajo se forja cuneiforme o bien en forma puntiaguda, el grosor se disminuye en forma proporcional. Puntas redondas reciben primero una forma cuadrada, luego se llevan los cantos a octágono y por último se redondea la sección.
Aplastado de cabezas y tacos, por ejemplo para clavos y pernos, así como preparación para la soldadura a la fragua. Aplastado de aumentos de secciones al curvar con cantos afilados. Vivificado de varillas por engrosamiento.
Herramientas como cinceles, cuñas, mandriles y puntas de acero de barandas.
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Transformación por forja
Técnicas de forja
Procesos de trabajo con ejemplos
CURVADO Los perfiles se pueden curvar en frío o caliente, pero sólo el curvado en caliente se puede denominar como técnica de forja. Se diferencia: curvado angular, redondo y enrollado. En el curvado angular con cantos afilados se debe primero recalcar el lugar de curvado. Para el cálculo de la longitud lineal L al curvar sirve: Curvado redondo, enrollado: L= largo de las fibras neutras Curvado de cantos afilados: L= largo interior del lado + 1,5 espesor de la pieza de trabajo.
TORCER Es un alabeo o bien una combadura del perfil en su eje longitudinal. La sección se mantiene, el largo se acorta. El torcido es económico de usar y puede llamarse técnica de forja, cuando se logra en estado caliente.
Usos Guarniciones, como ganchos, bandas de puerta, abrazaderas. Marcos forjados para enrejados, portones y cubiertas. Enrollado de extremos de perfiles ensanchados.
Vivificación de varas cuadradas con efecto de contraste de las superficies llanas. Fuerza de retención aumentada de los extremos de marco de barandas. Ancladas.
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Seccionado en forja
3.5.2 Separado Técnicas de forja CORTAR Es un procedimiento muy económico de separación de perfiles y adecuado especialmente para grandes secciones. Se cincela uni- o bilateralmente, con la tajadera y cortafrío o con ella tajadera solo en el canto del yunque. Ángulo del filo: Tajadera: 30° Cortafrío : 60°
HENDIDO
El perfil se divide. Se diferencia hendido desde la orilla o dentro del perfil. En el hendido de orilla se pueden seguir formando de los cortes individuales ganchos, ojales o elementos estructurales.
Procesos de trabajo con ejemplos
Usos Tronzado de piezas de trabajo forjadas directo de la barra Alternativa al cizallado al separar perfiles en industria artesanal.
Hendido de ganchos en anclas de muros y adornos para puertas y portones. Estructuración de varas a través de interrupción del flujo de material y ensanchamiento de piezas forjadas.
El hendido en la mitad del perfil sirve para el pre trabajado hacia el horadado.
PERFORAR Trabajado de rupturas en perfiles a través del desplazamiento del material a temperatura de forja. La sección del orificio corresponde al punzón. La sección de material se mantiene, el flujo de fuerza se desvía y no se interrumpe
Ojales y orificios de fijación en guarniciones o manillas de puerta. Piezas de vehículos de alta exigencia como pértigos de camiones Vanos de marcos y pletinas para trabajos de encajes de otras piezas.
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Técnicas especiales de forja
3.5.3 Técnicas de unión en el yunque. Técnicas de forja
Procesos de trabajo con ejemplos
MONTAJE POR CONTRACCIÓN Es un procedimiento para la elaboración de uniones indisolubles. Piezas externas calentadas, como candados, anillos o marcos con orificios son unidos así con las piezas interiores frías. La pieza interior tiene sobre medida, la pieza exterior se dilata y luego se pasa sobre la pieza interior. A través de un rápido enfriamiento aparece el efecto de contracción. El mismo principio se usa al remachar en caliente y al unir varillas a través de grapas.
Usos Contracciones de anillos correderas en ruedas. Unión de piezas de construcción y varillas de enrejados
Valores indicativos para la dilatación en caliente: 800°C. 1% aumento de largo SOLDADURA POR FORJA Hasta la introducción de la soldadura autógena fue este el único procedimiento de soldeo. Ambas superficies de soldar recalcadas y calentadas al rojo blanco toman una unión de soldadura a presión indisoluble a través de golpes de martillo. El soldeo ocurre en estado pastoso. Requiere de mucho trabajo y experiencia el lograr lugares de unión satisfactorios. Un uso especial de la soldadura por forja es la elaboración de acero damasceno. Aquí se unen alternativamente barras de acero ricas y pobres en carbono a través de la soldadura por forja., son torcidas y ensanchadas. El resultado es una superficie totalmente estampada.
Unión de piezas de trabajo forjadas. Elaboración de acero damasceno.
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Ejemplos de trabajo de forja
3.6 Ejemplo de Trabajo En la Edad Media se fabricaban portones y portales exclusivamente de madera. La tarea de un herrero era forjar para estos pesados portones grapas o candados, adornos y goznes y luego “golpear” los portones. Por razones de forma y confección se puede asignar una época histórica con cierta seguridad de la época del estilo, en la cual apareció (Fig. 1).
Fig. 1 Adorno de puerta.
La figura 2 muestra en qué orden y con qué técnicas se forja la grapa o adorno realizada en el yunque. Material: Pletina 100x5 – 300 DIN 174 St 37-2 (S 235 JR). Fases de trabajo: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Marcar longitud y línea media, abrir y marcar con golpes de cincel o cortafrío, calentar al rojo amarillo y cortar longitudinalmente, calentar y estirar, reducir ambos lados con cantos vivos, curvar bordes opuestamente, estirar un extremo, alargar el segundo extremo, curvar ambos bordes en el cuerno del yunque verticalmente, terminar de curvar ambos bordes, enrollar y curvar lado del gozne, abrir los orificios de fijación, perforar en caliente, alisar el adorno de puerta en la superficie del yunque, calentar al rojo ciruela oscuro y limpiar con un cepillo de latón , protección contra la corrosión: zincar o pintar.
Fig. 2 Forja de una grapa o adorno de puerta.
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Cálculos de forja
3.7 Largo bruto de Piezas de Forja Para formas sencillas se parte de la premisa que el volumen de la pieza en bruto y de la pieza terminada queda igual, que sólo se cambia la forma. Existen cuerpos sencillos como cilindros o prismas y éstos se pueden calcular con fórmulas. Para la pérdida por oxidación se calcula una adición porcentual (Figura 1).
Ejercicio: Longitud de transformación al estirar De un acero cuadrado 25 mm x 25 mm se reduce un pivote con Ø 16 mm x 180 mm.
La pérdida por fusión Ab es del 5%.
Qué medida tiene el largo bruto LR? Largo de forja pieza term inada
Ls =
mm L s =
=
volumen forma terminada ----------------------------------sección de pieza en bruto 2
Vt
VF =
Ao 36 • 191 mm 625 mm
Ls = 57,9 mm
Largo bruto =
2
• d F • LF 4 2
3
Largo de forja + pérdida por fusión Pieza terminada
L R = Ls + Ab LR = 57,9 mm + 2,9 mm
2
• 16 mm • 180 VF =
LR = 60,8 mm
Ab = Ls • 0,05 Ab = 57,9 mm • 0,05 Ab = 2,9 mm
LR = aprox 61mm
4 2 A0 = a 2 2 A0 = 25 mm 2 A0 = 625 mm
El largo bruto del pivote es de casi 61 mm
Fig. 1 Largo bruto de piezas de forja.
Para formas complicadas como grapas de puerta o varillas estructuradas libremente no hay fórmulas. Se forja una muestra, se pesa, ser calcula el largo bruto sobre la masa relacionada con longitud de tablas de materiales y se suma la pérdida por oxidación (Figura 2 ). El cálculo del largo bruto es muy importante en forja industrial, ya que el material excesivo se podría aplastar entre la matriz superior e inferior.
Ejercicio: Con formas complicadas se pesa una pieza de muestra y se calcula la necesidad de material. La grapa de puerta o adorno tiene una masa de 0,9 Kg. y se forja a partir de una pletina de 50 x 10. ¿Cuánta es la necesidad de material sin pérdida de oxidación? Solución con libro de tablas: 1 m de pletina 50 x 10 tiene una masa de 3,93 Kg. L=
0,9 Kg.
3,93 Kg. / m
L = 0,229 m (largo de forja de la pieza terminada). Se necesita para la forja de la grapa cerca de 230 mm de la pletina dada.
Fig. 2 largo bruto para formas libres.
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Enderezado de estructuras Metálicas
4. Enderezado de Estructuras Metálicas
El enderezado
En Construcción Metálica no se puede a menudo seguir trabajando chapas o perfiles inmediatamente después del corte o del trabajo con arranque de virutas. A menudo están torcidos, tienen pliegues o tienen otro tipo de deformaciones improcedentes. Así también se pueden comprobar a veces deformaciones considerables en construcciones soldadas terminadas (Figura 1).
• •
Elimina deformaciones no deseadas en semiproductos y piezas de trabajo terminadas, Lleva a formas de piezas de trabajo que no se pueden elaborar de otra forma.
En ambos casos el material se dilata o contrae. Se diferencia: en frío = enderezado por acción mecánica. Enderezado en caliente = enderezado por acción del calor (rectificación a llama) Enderezado
4.1 Enderezado en frío 4.1.1
Enderezado manual
El perfil o pieza terminada se lleva a la forma deseada a temperatura ambiente. Aquí se dilatan partes de piezas de trabajo cortas, que se golpean para ser alargadas (Figura 2).
Fig. 1 Enderezado de un pasamanos. Las causas de esto pueden ser: • • •
Tensiones liberadas por enfriamiento irregular después del laminado del perfil, Deformación por acciones externas como almacenaje inadecuado o fallas en el transporte, Tensiones liberadas después de trabajar unilateralmente o tensiones de contracción actuantes irregulares después de la soldadura.
Fig. 2 Principio del enderezado en frío.
Fig. 3 Ejemplo de trabajo para el enderezado en frío.
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Enderezado con maquinas
Una condición es que el material se pueda transformar en estado frío, debe mostrar un marcado límite de estirado. Acero de construcción y aleaciones maleables no metálicas no presentan ninguna dificultad, piezas de construcción endurecidas deben ser ablandadas con recocido primero. La colada gris con grafito laminado, al contrario, no se puede enderezar, por ejemplo GG-20, se quebraría de inmediato. Con restricciones se pueden enderezar piezas de colada maleable. Se trabaja con el martillo ajustador en el disco rectificador o con medios auxiliares en el tornillo (Figura 3 Pág. anterior). Para chapas delgadas y metales no férreos se utiliza una maceta de madera o maceta de goma dura, con esto se evitan muescas y depresiones.
4.1.2
Enderezado en frío con máquinas
Perfiles más grandes desde cerca de 50 mm de altura (Figura 2) o planchas enteras de chapa y flejes casi no se pueden enderezar en un disco rectificador, las fuerzas necesarias serían muy grandes. Para la tarea de enderezado respectiva existen máquinas para este objetivo, que son muy económicas y dónde se realizan a menudo trabajos de rectificación.
Fig. 4 Enderezado de un riel. Se endereza con bloques de rectificación. Con un interruptor pulsador se regula la deformación de flexión, el camino de retroceso se limita con un interruptor de fin de carrera.
4.2 Enderezado por Llama
El enderezado en caliente o a llama es una técnica autógena, que requiere de mucha experiencia, ejercicio y talento. El perfil o pieza de trabajo terminada con deformaciones en su forma debe estar dirigido localmente y calentado rápidamente, pero se debe impedir la dilatación por calor. Esto produce en la zona calentada una contracción y al enfriarse la pieza de trabajo se acorta en la parte calentada. El cambio de forma deseado es logrado. El resultado del trabajo se muestra sólo después del enfriamiento – así de largo actúan las fuerzas de contracción térmica.
El sistema de experimentación de la figura 1 en la próxima página describe el procedimiento. Según el objetivo se diferencia: • • •
Enderezado recto de perfiles y construcciones soldadas arqueadas o torcidas, Enderezado de forma: piezas de construcción rectas reciben un arqueado deseado, Aflojar: las tensiones de soldadura se reducen: síntoma asociado deseado en el enderezado a llama en tubos grandes y recipientes.
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Enderezado por llama
Tipos de calentamiento
Usos
El travesaño soldado al marco es muy largo, el marco está abombado Desarrollo del trabajo: 1 Forzar el marco en los lados. 2 Calentar la parte central a 600°C. (rojo oscuro). 3
Dejar enfriar.
El marco se contrae por fuerzas de contracción.
Fig. 1 Sistema de experimentación para el enderezado por llama.
Fig. 2 Figuras de calor en el enderezado a llama.
4.2 Reglas de trabajo en el enderezado por llama El “arte del enderezado por llama” consiste en saber dónde, cómo y cuánto se debe calentar. La clase de calentamiento, denominado “figura de calor”, depende de la tarea del trabajo (Figura 2). Las reglas principales en el enderezado son: 1. El lado o canto muy largo se debe encontrar y calentar. Se calienta en el lugar correcto, cuando el curvado de la pieza de trabajo aumenta y ésta se “dirige” hacia el soplete. 2. El calor debe irrumpir rápidamente, limitarse localmente y tiene que estar en los siguientes rangos:
Acero : 600…700°C (incandescencia roja oscura) Aluminio: 400…450°C. 3. Gran velocidad de calentamiento produce poca acción profunda pero grandes fuerzas de contracción en la superficie. Baja velocidad de calentamiento se dirige hacia la profundidad, pero efectúa solamente pequeñas fuerzas de contracción. 4. Elegir accesorios añadidos al soplete lo más grande posibles, lo mejor son sopletes de roseta o de varias llamas; usar llama neutra o bien ligeramente oxidante.
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Enderezado por llama
Fig. 3 Enderezado por llama de perfiles laminados.
4.2.2 Enderezado con llama de chapas Las puertas de acero y recipientes de chapa son “estirados” con puntos de calor a la forma correcta. Se pone un punto de calor en la cima de la abolladura, el material tiende a dilatarse, pero se templa inmediatamente con una esponja húmeda. Las fuerzas de contracción tiran la abolladura en forma pareja y ésta desaparece. Se trabaja en forma redondeada de la orilla hasta la mitad y los puntos de calor individuales no pueden estar cercanos unos de otros. 4.2.3 Enderezado a llama de perfiles laminados Perfiles y construcciones de acero con grandes secciones exigen sopletes de gran eficiencia, ya que se debe calentar mucho material en corto tiempo, para lograr fuerzas de contracción suficientes (Figura 4). Éstas se pueden aumentar también por: • Aprovechamiento del peso propio, • Colocación de pesos, • Calentamiento simultáneo con varios sopletes.
Habituales son los triángulos de calor, ya que causan grandes fuerzas de contracción (Figura 3). El enderezado por llama de piezas de trabajo zincadas, sin dañar la capa de zinc, es posible con un “truco”: En el lugar del calentamiento se aplica un agente fundente para soldaduras duras, por ejemplo F-SH 1, Éste se derrite a 350°C, forma sobre la capa de zinc una película vidriosa, la protege así de la oxidación e indica la temperatura de enderezado que se debe mantener. Los restos del fundente deben ser lavados cuidadosamente luego del enfriamiento, ya que fomentan la corrosión. 4.2.4 Enderezado de forma con llama Piezas de construcción con gran radio de curvado como barandillas de puentes o lámparas de arco se pueden ajustar directamente en la obra a través de rectificación de forma. En los marcos inferior y superior se colocan simultáneamente en el lado que puede ser acortado pequeñas chavetas entre las varillas de relleno. La barandilla se adapta exactamente al curvado del puente. Así se impiden pandeos que pueden aparecer al curvar (Figura 5, próxima pagina).
Fig. 4 Enderezado por llama de un chasis de camión.
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Ejercicios del capitulo
En estructuras de acero se prepandean (pre-curvan) las piezas de construcción como bridas o cartelas, que se trabajan fuertemente con soldadura. Las fuerzas de contracción libremente nacientes después del soldeo vuelven la pieza nuevamente recta. A través de experiencia e intentos se debe encontrar el ángulo correcto. En la práctica se limitan planes de secuencia de soldadura de trabajos de enderezado a un mínimo, ya que su cumplimiento reduce el atraso de la construcción en gran medida.
Es en todo caso más económico tomar todas las medidas, evitar el retraso, que tener que eliminarlo a través del enderezado
Fig. 5 Calentamiento en la rectificación de forma.
Ejercicios
Transformación por doblado 1. 2.
3. 4. 5. 6. 7.
Un acero plano se transforma en frío en un doblador angular. ¿Qué medidas determinan el radio de doblado mínimo? Un barril con 900 mm de diámetro exterior debe ser reforzado con un L 80x8. Defina la necesidad de material y describa los procesos de trabajo necesarios. Describa el curvado con mandril en el ejemplo de un tubo mueble 20 x 1 DIN 2391 St 44-2. ¿Por qué se rellenan tubos con arena en el curvado en caliente? Compare el proceso de transformado en la máquina plegadora osciladora y en la prensa estampadora de curvado. Indique el orden de los canteados para el perfil de cercha en el curvado de estampa. ¿Cuánto es la suma de los acortamientos para la cercha cuando t = 1,2 mm y R = 5 mm ?
Técnica de construcción en chapas finas 1. 2. 3.
¿En qué se diferencian el embutido profundo y la extrusión? ¿Por qué resulta el embutido profundo en varias tensiones? Describa el repujado en el ejemplo de la cubeta esférica.
2. Cubeta. 4.
1. Cercha. 8. ¿Por qué se deben redondear previa y manualmente las chapas en las máquinas cilindradoras de tres rodillos? 9. ¿Cómo se pueden elaborar peldaños de escalera en espiral?
5. 6. 7. 8.
Describa las formas de fondo que se necesitan en la construcción de recipientes y su elaboración industrial. ¿En qué se diferencian curvado y rebordeado? ¿Cómo se deforma el material cuando se transforma con un convertidor manual un perfil angular de chapa en un semicírculo? ¿Con qué técnicas se pueden reforzar orillas de recipientes? ¿Para qué sirven las canaletas en la técnica de construcción en chapas finas?
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Ejercicios del capitulo
Forja 1. 2.
3. 4. 5. 6. 7.
¿Qué características tiene el trabajado de forja artesanal? Explique en el ejemplo de una llave de tuerca fina doble la ventaja de pieza de trabajo forjada al contrario de la terminada con trabajo de arranque de viruta. ¿De qué dependen las temperaturas de forja en el acero? Describa como se prepara una fragua para forja y compare una fragua con un horno de forja. ¿Qué influencia tienen el peso del martillo y su conducción en el trabajo de forja? ¿Cómo cambian la sección del material y el largo al estirar, recalcar y horadar? Describa para las piezas de forja esbozadas a. técnica de trabajo, b. desarrollo del trabajo c. herramientas, medios auxiliares. Elabore en cada caso un plan de secuencia de trabajo.
8.
¿Por qué se debería forjar una pieza de trabajo con “pocos calentamientos” ?
Enderezado 1. 2. 3. 4.
5.
¿Cómo se puede eliminar una abolladura en la mitad de una plancha de chapa a través del enderezado en frío? ¿En qué se basa la acción dirigida en el enderezado con llama? ¿Qué “figuras” son comunes en el enderezado por llama? Un acero de forma IPB 200 (HE – B 200) ha sido almacenado inadecuadamente no en forma vertical, sino en forma horizontal y con esto se ha deformado. Describa la secuencia de trabajo para el enderezado recto con llama. Curvaturas de pasamanos deformadas deben ser adaptadas por enderezado de forma al pasamanos de la escalera. Describa los pasos de trabajo necesarios.
3 a Bisagra de puerta ; 3 b Barras en cruz remachadas.
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