Introducción a la metalurgia

La metalurgia existe desde hace miles de años y ha evolucionado con los avances de la tecnología y la maquinaria. En la actualidad, utiliza máquinas de diseño asistido por ordenador (CAD) y control numérico por ordenador (CNC) para crear estructuras metálicas precisas y complejas.

Historia de la metalurgia

La prueba más antigua del trabajo del metal es un colgante de cobre descubierto en Irak, que data del 8.700 a.C. En la antigüedad, la gente utilizaba el trabajo del metal principalmente para crear herramientas y armas para la caza y la guerra. A medida que mejoraron las técnicas de trabajo del metal, se hicieron posibles diseños más intrincados, como joyas y objetos decorativos.

Durante la Edad Media, la metalurgia se convirtió en un oficio muy especializado. Se formaron gremios para regular la industria y garantizar que los aprendices recibieran una formación adecuada. Mientras tanto, la Revolución Industrial supuso un avance significativo en la tecnología metalúrgica cuando la máquina de vapor y otras máquinas permitieron la producción en masa.

En los tiempos modernos, la metalurgia sigue siendo una industria importante con muchas aplicaciones, como la construcción, el transporte y la fabricación.

Ventajas

Algunas de las ventajas de la metalurgia son las siguientes:

• Un producto fabricado durará una década.
• Las líneas de producción de gran volumen y a largo plazo tienen una alta eficiencia de costes.
• Los productos creados a partir de la metalurgia son resistentes a las altas temperaturas.
• La metalurgia tiene una amplia gama de aplicaciones.
• Este proceso también produce materiales resistentes para diversos fines.
• Los fluidos metalúrgicos han hecho avanzar los procesos de trabajo del metal.
• El moldeado es un método útil para crear herramientas, esculturas y joyas.

Desventajas

Aunque la metalurgia tiene numerosas ventajas, también es esencial reconocer sus limitaciones. A continuación se enumeran algunas desventajas de la metalurgia:

• La metalurgia requiere una persona cualificada en todos los ámbitos.
• La duración de un proyecto suele ser larga.
• Los costes de puesta en marcha de los procesos metalúrgicos son elevados.
• Conocer el funcionamiento de las distintas máquinas es esencial antes de utilizarlas.
• Siempre existe la posibilidad de que se produzcan lesiones físicas graves o, en el peor de los casos, mortales.
• El proceso de trabajo del metal requiere un gran número de herramientas.
• Los procedimientos posteriores a la fabricación llevan mucho tiempo y son costosos.

Técnicas de trabajo del metal

Las técnicas de trabajo del metal varían en función de las propiedades del metal utilizado y pueden producir toda una gama de objetos de diferentes tamaños. A continuación se describen otros métodos utilizados en la metalurgia:

Corte

Los talleres de fabricación de metales, reparación de automóviles y trabajadores de la construcción suelen utilizar el corte. Fresado, fresado, torneado y máquinas CNC son algunos de los métodos utilizados para eliminar material del metal. Para crear agujeros en los metales, este proceso utiliza cortadoras de plasma, que emplean argón e hidrógeno como fuente de energía.

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La unión es el acto de combinar piezas metálicas mediante soldadura. La soldadura utiliza una máquina para unir metales férreos y no férreos y es mejor para proyectos de mayor envergadura. La soldadura funde metales preciosos fundiendo la soldadura y es la mejor opción para proyectos pequeños.

Formando

El conformado de metales consiste en utilizar calor y presión para remodelarlos sin añadir ni quitar material. Esta técnica metalúrgica utiliza dos métodos: la forja y el plegado.

La forja consiste en calentar el metal, martillarlo y doblarlo para darle la forma deseada. Mientras tanto, el curvado se realiza calentando el metal y golpeándolo con un martillo sobre el cuerno del yunque. Utiliza una rueda inglesa para dar forma a materiales fríos como el aluminio o el acero.

Fundición

La fundición de metales es una técnica utilizada a lo largo de la historia para esculpir, fabricar herramientas y diseñar joyas. El proceso consiste en verter metales fundidos en cavidades de distintos materiales. A pesar de su antigüedad, sigue siendo popular por sus ventajas económicas, su rapidez y su capacidad para crear copias idénticas de un artículo.

Puede fundir metal utilizando fundición a la cera perdida o fundición en arena. La fundición a la cera perdida consiste en tallar en cera, crear un molde de escayola y quemar la cera. Por otro lado, en la fundición en arena se utiliza arena combinada con un agente aglutinante como la arcilla, y el metal fundido fluye dentro del molde para crear un objeto.

Procesos de corte

El corte de metales es un paso necesario en la metalurgia para construir estructuras y fabricar herramientas. Existen varios métodos, desde dispositivos manuales hasta maquinaria avanzada.

Fresado

El proceso de fresado consiste en eliminar cantidades precisas de material de una pieza mayor utilizando una fresadora que hace girar una herramienta de corte y la pone en contacto con una pieza de trabajo. La fresadora y el torno son máquinas esenciales capaces de producir piezas con gran precisión, repetibilidad y exactitud.

Girar

En el torneado, la herramienta de corte se desplaza linealmente mientras la pieza gira. Esta técnica elimina material de la pieza tanto en profundidad como en anchura. Las máquinas herramienta convencionales utilizadas para el torneado son los tornos, pero debido a los avances tecnológicos, ahora se emplea un proceso más automatizado con máquinas CNC.

Rectificado

El rectificado es un proceso abrasivo utilizado en metalurgia para eliminar material de una pieza de trabajo. Entre las máquinas utilizadas para el rectificado se incluyen amoladoras angulares manuales, amoladoras de banco y máquinas CNC. Las rectificadoras varían en tamaño y precisión. Para cortes precisos y acabados finos se utiliza un disco abrasivo de piedra, diamante o material inorgánico.

Perforación

El taladrado consiste en hacer agujeros en el metal con taladradoras de columna, taladradoras manuales o máquinas CNC. Asegúrese de lubricar las brocas con líquido de corte para prolongar la vida útil de la herramienta y evitar el sobrecalentamiento. Garantiza un orificio liso y preciso y evita las vibraciones o el taladrado inseguro.

Procesos de unión

Unir metales implica utilizar calor y presión para crear piezas más grandes o construir estructuras. La soldadura y el remachado son técnicas eficaces para proyectos de mayor envergadura que requieren capacidad de carga, mientras que la soldadura se utiliza para unir materiales más pequeños, como joyas y objetos escultóricos. A continuación se describen los distintos métodos utilizados para unir metales.

Soldadura

La soldadura consiste en unir materiales mediante presión y calor. Puede realizarse en interiores o exteriores, según el tipo. La soldadura se utiliza para crear espadas, barcos, estructuras y mucho más. Cada tipo de soldadura tiene su aplicación práctica, como se indica a continuación:

• Soldadura por arco metálico con gas (GMAW): utiliza un electrodo de hilo sólido calentado en una pistola de soldadura y es una opción viable para principiantes.
• Soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW): implica un electrodo de tungsteno que permanece intacto durante toda la soldadura, lo que permite un control preciso del amperaje y el flujo de gas. Esta técnica es ideal para materiales delicados y puede utilizarse en metales ferrosos y no ferrosos.
• Soldadura por arco metálico protegido (SMAW): utiliza un electrodo consumible recubierto de fundente para crear soldaduras resistentes adecuadas para materiales más gruesos. Este proceso es versátil, con una sencilla configuración del equipo y una curva de aprendizaje generalmente fácil.
• Soldadura por arco con núcleo (FCAW): utiliza un electrodo consumible que se alimenta continuamente y puede ser semiautomática o automática. El electrodo incluye un núcleo de fundente que protege la soldadura de los elementos atmosféricos, lo que lo hace adaptable y fácil de transportar.
• Soldadura por haz de energía (EBW): consiste en generar electrones mediante un cañón de electrones y acelerarlos a altas velocidades utilizando campos eléctricos. A continuación, estos electrones se concentran y se aplican a los materiales unidos mediante campos magnéticos.
• Soldadura con hidrógeno atómico (AHW): consiste en un arco eléctrico creado por dos electrodos de tungsteno en presencia de hidrógeno gaseoso. El arco rompe las moléculas de hidrógeno y posteriormente las recombina mediante una reacción.
• Soldadura oxiacetilénica: consiste en utilizar gases combustibles y oxígeno para calentar la llama y fundir el material de la pieza de forma localizada.
• Soldadura por arco de plasma: consiste en crear un arco eléctrico entre un electrodo no consumible y la pieza de trabajo. Da lugar a altas temperaturas y concentración de energía, creando cordones de soldadura profundos y estrechos a altas velocidades.

Soldadura

La soldadura consiste en fundir una aleación a baja temperatura en la unión para fusionar los metales en una pieza sólida y crear un puente eléctrico fiable. Los metalistas utilizan un soldador ecléctico o un soplete de gas para unir metales preciosos. La soldadura se utiliza mucho en fontanería, electrónica, metalistería e incluso en la fabricación de instrumentos musicales.

Remachando

Los remaches son fijaciones mecánicas que realizan uniones o refuerzan estructuras. Funcionan mejor en objetos ligeros que necesitan gran resistencia: los remaches unían antes las juntas metálicas de edificios como la Torre Eiffel y el Puente del Puerto de Sydney. Los remaches son cilindros lisos con cabeza antes de la instalación.

Procesos de conformado

El conformado del metal puede realizarse mediante manipulación en frío o en caliente. El método específico dependerá del tipo de metal, el equipo disponible y el resultado deseado. A continuación se analizan los distintos tipos de técnicas de conformado.

Forja

La forja es un antiguo proceso metalúrgico que da forma al metal. El proceso consiste en calentar el metal en una fragua y martillarlo y doblarlo. Un herrero utiliza un martillo para los objetos más pequeños o un martillo industrial para los más grandes. Los metales forjados, normalmente de hierro y acero, son conocidos por su resistencia.

Perfilado

El perfilado consiste en doblar continuamente chapas metálicas a temperatura ambiente a través de un laminador. Es conocida por su precisión, flexibilidad y capacidad para conformar metales de hasta un cuarto de pulgada de grosor.

Rodando

El laminado es un proceso utilizado para disminuir el grosor de los metales o lograr su uniformidad, que puede ser en caliente o en frío. El laminado en caliente es adecuado para piezas grandes y chapas metálicas. En cambio, el laminado en frío es preferible para objetos más pequeños, ya que mejora la resistencia y el acabado superficial y reduce la necesidad de trabajos de acabado adicionales.

Procesos de fundición

La fundición de metales se utiliza para crear objetos metálicos sólidos vertiendo metal fundido en un molde. A continuación, el metal se enfría y se extrae del molde. Es un método rentable y que ahorra tiempo. En esta sección se analizarán las técnicas habituales de fundición de metales:

Fundición a la cera perdida

El proceso de fundición a la cera perdida consiste en verter metal fundido en un molde de cera. El molde tiene bebederos y está cubierto de yeso. Los hornos se utilizan para quemar la cera. El metal se funde y se vierte en el molde de escayola mediante un moldeador de vacío o centrífugo.

Fundición a presión

El proceso de fundición a presión consiste en inyectar metal fundido a alta presión en un molde. El molde consta de dos matrices de acero mecanizadas y suele utilizar aleaciones con un punto de fusión bajo, como zinc, cobre, aluminio y magnesio. Este proceso automatizado es conocido por su rapidez.

Fundición en arena

Método de fundición de metales utilizado habitualmente en las fundiciones. El molde combina arena con un agente aglutinante como la arcilla y está cerrado. Un molde se utiliza para dar forma de objeto al metal fundido. La fundición en arena es económica y el método de fundición de metales más utilizado.