Pedeorelha | Cómo funciona el conformado de metales automotrices

Joseph Norman
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Los herreros han convertido el metal en objetos útiles durante miles de años. Vea imágenes de herramientas eléctricas. © iStockphoto.com/Stacey Bates

La profesión de herrero se remonta a muchos miles de años. En la antigüedad, el herrero golpeaba el metal en objetos útiles con un martillo, a menudo calentando el metal primero en una forja. (La palabra "Smith" proviene de la misma raíz que "herir", por lo que un herrero era alguien cuyo trabajo consistía en golpear metal ennegrecido en un incendio).

Los herreros son relativamente raros hoy en día, aunque todavía existen y usan herramientas mucho más modernas que las que se usaban en la antigüedad. El trabajo de transformar el metal en objetos utilizables ahora se realiza principalmente a máquina. En ninguna parte este arte de la conformación de metales es más importante que en la industria de fabricación de automóviles, donde cada pieza metálica, desde la carrocería del automóvil hasta la tuerca más pequeña de la rueda, se crea mediante procesos industriales de conformación de metales. Estos procesos existen en la vanguardia de la fabricación moderna, donde las computadoras se encuentran con la maquinaria mecánica e hidráulica de la planta automotriz..

El conformado de metales para automóviles es uno de los aspectos más importantes de la fabricación de automóviles. Si no fuera posible trabajar el metal en formas útiles, los automóviles no podrían existir. Y la capacidad de las máquinas, a menudo controladas por computadoras, para producir piezas de automóviles de manera rápida y confiable es una de las cosas que hacen posible comprar un automóvil por algo menos de lo que costaría comprar una casa..

Pero, ¿cómo funciona el conformado de metales? Es fácil entender cómo un herrero moderno puede dar forma al metal con un martillo eléctrico y un soplete de oxiacetileno, pero ¿cómo puede una máquina hacer estas cosas? En las próximas páginas, analizaremos cómo este proceso de conformado de metales se puede mecanizar y realizar a gran escala industrial. Veremos algunas técnicas y procesos específicos que se utilizan en la fabricación de automóviles. También miraremos hacia el futuro y veremos cómo las tecnologías de conformado de metales que se están desarrollando hoy nos ayudarán a construir los autos del mañana..

Una de las cosas más importantes del metal es que puede sufrir deformación plastica. Eso no significa que el metal esté hecho de plástico, pero puede hacer una de las cosas que pueden hacer los plásticos: literalmente puede tomar casi cualquier forma que podamos imaginar..

El proceso de deformación comienza con un blanco, una cantidad de metal en alguna forma básica que sufrirá el cambio de forma. El blanco se convierte en el pieza de trabajo -- la pieza de metal a remodelar - en el proceso de conformado del metal. Para el conformado de metal para automóviles, la pieza en bruto a menudo está hecha de chapa, que se puede estampar, cortar o doblar en la forma necesaria para la carrocería de un automóvil. Alternativamente, puede ser un bloque sólido de metal en forma cúbica o similar a una lente. A continuación, se muestran algunas formas en que una pieza de trabajo de metal se puede deformar durante el proceso de fabricación de automóviles:

Doblado: Al doblar, se aplica fuerza a una pieza de trabajo de chapa para producir una curvatura de la superficie. La flexión se usa generalmente para producir superficies curvas simples en lugar de complejas. Una prensa operada mecánicamente impulsa un punzón contra la hoja de metal, forzándolo en un troquel simple con suficiente presión para producir un cambio permanente en la forma del metal. La cantidad de presión es importante. Si no se aplica suficiente presión, el metal simplemente puede volver a su forma original. Si se aplica demasiado, se puede romper.

Dibujo: En el dibujo, la chapa se fuerza contra una matriz que ha sido cortada en la forma tridimensional, a menudo curvada, que debe adoptar la chapa. En efecto, la matriz se utiliza como molde para el metal. Esta técnica puede producir formas relativamente complejas. Una vez más, se aplica presión a la pieza de trabajo utilizando un punzón operado hidráulica o mecánicamente. Hay una serie de peligros involucrados, no tanto para las personas (ya que el proceso es en gran parte mecanizado) sino para el metal en sí. Puede romperse por demasiada presión o arrugarse por su interacción con el troquel. Se puede usar lubricante para hacer que el metal se deslice más suavemente contra la matriz, evitando la posibilidad de arrugas. Alternativamente, los bordes arrugados se pueden recortar del metal en una operación separada. Este método se usa comúnmente para fabricar partes de carrocería y tanques de combustible..

Estampado: En el estampado, se utiliza un dispositivo llamado prensa de estampado con una serie de troqueles para cortar y dar forma al metal en varias formas. Esto se usa comúnmente para fabricar autopartes como tapacubos y guardabarros..

Extrusión: La extrusión se puede utilizar para producir objetos metálicos largos, como varillas y tubos. La pieza de trabajo de metal se introduce en un troquel con un orificio en el extremo opuesto. El metal se extruye a través del orificio para darle forma. La extrusión se puede utilizar para fabricar partes importantes del tren de transmisión de un automóvil o los anclajes que sujetan los cinturones de seguridad en su lugar.

Forjar: El proceso de forja utiliza un martillo o prensa que es esencialmente una versión mecanizada de los martillos utilizados por los antiguos herreros. El metal se golpea contra una superficie que sirve de yunque. Se puede martillar repetidamente para formar formas complejas. Esto se puede utilizar como una alternativa al proceso de dibujo..

Los procesos anteriores se utilizan generalmente con metal frío. También se puede usar metal caliente, a veces a temperaturas lo suficientemente altas como para que el metal fundido se pueda verter en una matriz. Esto requiere matrices muy caras que puedan resistir el calor y deben hacerse rápidamente, para minimizar la exposición de la matriz al metal fundido..

En la página siguiente veremos cómo las tecnologías modernas de conformado de metales están llevando la fabricación de automóviles hacia el futuro..

Los trabajadores de una fábrica de automóviles de Hyundai alinean las piezas de metal prensadas utilizadas en su línea de ensamblaje de automóviles en Beijing, China. Foto AP / Ng Han Guan

Lo más importante que le ha sucedido a la fabricación de automóviles y al conformado de metales en el último medio siglo es la computadora. Las computadoras son importantes para la formación de metales de dos maneras:

Ellos guían el proceso. Se puede usar una computadora para tomar decisiones en una fracción de segundo para guiar las operaciones de conformado de metales a través de secuencias complejas, por ejemplo, usar un martillo de forja contra una pieza de trabajo de la misma manera que lo haría un herrero antiguo, pero con la fuerza física aumentada de la maquinaria hidráulica. . La acción del martillo se puede programar de antemano para producir formas tan complejas como las creadas por las manos de un artesano humano. De manera similar, las computadoras pueden controlar el flujo de la pieza de trabajo entre múltiples etapas de la operación para producir la forma terminada..

Simulan el proceso. Se puede usar una computadora para simular las fuerzas físicas involucradas en la conformación de metales, de modo que se puedan inventar nuevas operaciones de conformación de metales sin tener que usar maquinaria costosa para experimentar con nuevas ideas. Se encuentra disponible un sofisticado software de simulación para replicar las operaciones de conformado de metales en la computadora, de modo que los científicos puedan ver el resultado de aplicar calor y fuerza a diferentes tipos de metal. Los errores cometidos en la computadora son mucho menos costosos que los cometidos en el mundo real y permiten el tipo de prueba y error que sería una pérdida de tiempo en la maquinaria real..

La simulación por computadora está abriendo nuevas perspectivas en el conformado de metales. Muchas de las nuevas tecnologías de conformado de metales se basan en un profundo conocimiento de la microestructura de varios tipos de metales y los procesos físicos que tienen lugar en el interior del metal sometido a presión y calor. Algunos de los procesos nuevos son híbridos de procesos antiguos. También ha habido un movimiento hacia los procesos de metales calientes, que permiten el uso de metales que no se prestan bien a los procesos en frío..

Estas nuevas tecnologías permiten innovaciones como el uso de metales más ligeros que aún conservan la fuerza de las piezas de automóviles tradicionales. Esto es útil, por ejemplo, en la fabricación de vehículos de bajo consumo de combustible o vehículos eléctricos de batería en los que la carrocería debe ser lo más ligera posible para compensar el peso considerable de la batería. Estas tecnologías también permiten que las piezas de automóvil se fabriquen a un menor costo sin que disminuya la calidad. Por ejemplo, las técnicas de conformado electromagnético, en las que la pieza de trabajo de metal se expone a un campo magnético que establece un flujo eléctrico en el propio metal, se pueden utilizar para acelerar el proceso de conformado sin el desgarro y arrugas resultantes que ocurrirían normalmente. Esto permite el uso de procesos que antes no eran posibles en el conformado automático de metales..

En los años transcurridos desde que Henry Ford demostró la viabilidad de la fabricación de automóviles y autopartes en línea de montaje de bajo costo, la ciencia y la tecnología de la conformación de metales han recorrido un largo camino para mostrar a la industria de fabricación de automóviles cómo producir automóviles extraordinarios sin un precio extraordinario..

Para obtener más información sobre el conformado de metales para automóviles y otros temas relacionados, siga los enlaces de la página siguiente..

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