Tipos de fabricación de metal: Procesos y piezas metálicas personalizadas

La fabricación de metales se ha utilizado durante miles de años; sin embargo, los avances tecnológicos han incrementado el número de procesos de fabricación. Para fabricar cualquier componente, desde una arandela hasta un puente de gran tamaño, se requiere la fabricación de metales. Este artículo ofrece información completa sobre los diferentes procesos de fabricación, sus aplicaciones y los materiales adecuados para la fabricación de metales.

¿Qué es la fabricación de metal?

Cuando un metal se convierte en un producto, por ejemplo, una tuerca se fabrica a partir de una varilla de acero, se denomina fabricación de metal. En pocas palabras, los procesos de fabricación de metal simplemente convierten el metal en bruto en un producto deseado.

Definición básica de fabricación de metales

La fabricación de metal puede ser sencilla, precisa y avanzada. Veamos algunas diferencias importantes entre ellas.

Fabricación básica de metales

La fabricación básica de metales puede considerarse un trabajo de fabricación de primer nivel. Mediante esta fabricación, se crean piezas o estructuras sencillas mediante corte, conformado o doblado.

Fabricación de metal de precisión

Cuando las tolerancias dimensionales o la rugosidad superficial se vuelven críticas, entra en juego la fabricación metálica de precisión. En este tipo de fabricación, se utilizan máquinas de fabricación avanzada, como fresadoras CNC, taladradoras, etc., para fabricar piezas muy precisas. Este tipo de fabricación se utiliza principalmente en las industrias aeroespacial, automotriz, electrónica y médica.

Fabricación avanzada de metales

La fabricación avanzada de metales utiliza automatización, robótica, máquinas CNC, etc., para fabricar piezas de alta precisión en grandes volúmenes.

Tipos de fabricación de metales por proceso

Existen numerosos procesos de fabricación de metales en la vida diaria. A continuación, se describen algunos de los más utilizados:

1. Fundición de metales

Este es uno de los procesos de fabricación de metal más antiguos. En este tipo, primero se licua el metal en bruto, como el aluminio, y luego se solidifica en un molde del diseño requerido. El bloque de cilindros del motor es un producto común de aluminio fabricado mediante fundición.

2. Formación y deformación

El conformado es el proceso más sencillo de fabricación de metal, ya que no implica corte. Es simple: se aplica una fuerza y, mediante la deformación, el metal en bruto se convierte en el producto deseado. Un ejemplo común es una pulsera de chapa de acero fabricada mediante un simple doblado.

3. Forja y trabajo en caliente

En este tipo de fabricación de metal, un martillo con una matriz del diseño requerido golpea la materia prima. El diseño de la matriz se forma sobre la materia prima. Por ejemplo, para un engranaje, primero se coloca la pieza bruta de metal al rojo vivo bajo un martillo; tras aplicar miles de toneladas de fuerza, esta pieza bruta se transforma en el diseño requerido para el engranaje.

4. Procesos de mecanizado

Tras dar forma inicial a los productos, se utilizan algunos procesos de mecanizado para añadir las características necesarias o eliminar las innecesarias.

Torneado de precisión

Para fabricar una pieza cilíndrica eliminando el exceso de material, se utiliza el proceso de torneado. Este proceso puede realizarse con un torno o una máquina CNC. Ejes, pernos, etc., se fabrican mediante este proceso.

Fresado de precisión

El fresado se utiliza para mecanizar componentes de diseño complejo mediante la eliminación del exceso de material. Las herramientas de corte rotativas realizan el corte sobre una pieza fija. Mediante este proceso se producen bloques de motor, ranuras, etc.

Perforación de precisión

Para realizar agujeros en las piezas, se utiliza el proceso de fabricación de metal mediante perforación. El ejemplo más común de este producto son las tuercas.

Mecanizado CNC para piezas metálicas personalizadas

Si el diseño de la pieza debe cumplir funciones no estandarizadas, se requiere mecanizado CNC personalizado. Para estos requisitos se utilizan herramientas específicas. En el caso de álabes de turbinas, este método se utiliza con frecuencia.

Tipos de fabricación de metal por piezas

Entendamos los tipos de fabricación de metal por piezas en esta sección.

Piezas fabricadas de metal

Los tipos de fabricación de piezas metálicas implican que cada pieza tiene diferentes tamaños, formas o funciones. Por lo tanto, el proceso de fabricación o el equipo se seleccionan en consecuencia. El propósito de esta fabricación de piezas metálicas es fabricar piezas estructurales, piezas industriales, etc.

1. Fabricación pesada

Para piezas de gran tamaño, como puentes, se requiere una fabricación compleja. Para ello, se cortan, laminan, sueldan y mecanizan láminas gruesas y grandes a gran escala.

2. Fabricación de chapa metálica

Cuando se transforman láminas metálicas delgadas en piezas, se utiliza la fabricación de láminas. Para ello, se emplean procesos de corte, plegado, estampado o punzonado. Por ejemplo, el punzonado y plegado CNC se utilizan para fabricar racks de servidores.

3. Piezas metálicas CNC de precisión

Las piezas pequeñas, como soportes, espaciadores y placas de montaje, requieren tolerancias dimensionales estrictas. Para lograr estas precisiones dimensionales, no se pueden utilizar herramientas tradicionales, por lo que se realiza el mecanizado CNC de precisión.

4. Fabricación de prototipos personalizados

El mecanizado de prototipos consiste en fabricar una muestra para comprobar y validar su diseño, funcionalidad y viabilidad antes de su producción a gran escala. Para el prototipado rápido, se suele utilizar el mecanizado CNC.

¿Qué metales se fabrican comúnmente?

Un mismo proceso de fabricación de metales no puede utilizarse para todos los metales con la misma eficiencia. Se emplean diferentes procesos o métodos para cada metal.

Fabricación de metales ferrosos

Los metales ferrosos incluyen el acero al carbono y el acero aleado. Estos metales se utilizan principalmente en aplicaciones estructurales o de uso general.

Ideal para:

Los metales ferrosos se consideran mejores para forjar, laminar, soldar y cortar objetos pesados ​​debido a su resistencia, tenacidad y resistencia al calor.

Fabricación de acero inoxidable

Los grados de acero inoxidable más utilizados son 316, 304, 410 y 430. El motivo de su uso común es su resistencia a la corrosión con su alta resistencia.

Ideal para:

La fabricación de acero inoxidable es algo compleja debido al riesgo de reducción de la resistencia a la corrosión, y su endurecimiento por deformación es rápido. Es ideal para conformado y deformación, mecanizado, soldadura y unión.

Fabricación de aleaciones de aluminio

Los grados de aluminio más utilizados en la fabricación de metales son 1100, 2024, 3003, 6061 y 7075. Estos grados se seleccionan en función de los requisitos de resistencia, resistencia a la corrosión y método de fabricación.

Ideal para:

La fabricación de aluminio es relativamente más sencilla que la de aleaciones ferrosas. Los procesos de fabricación más comunes incluyen la extrusión, la fundición, la soldadura TIG o MIG y la soldadura fuerte.

Fabricación de cobre, latón y bronce

El cobre y las aleaciones de cobre, como el latón y el bronce, se utilizan en la fabricación principalmente por su conductividad eléctrica y resistencia a la corrosión, con una resistencia moderada.

Ideal para:

Para cobre: ​​conformado de láminas, mecanizado, soldadura o soldadura fuerte

Para latón: fundición, conformación, soldadura y mecanizado

Para bronce: fundición, mecanizado y soldadura fuerte

Aleaciones especiales y metales duros

Para condiciones extremas, como altas temperaturas, se fabrican aleaciones especiales, como Inconel o Ti. Ofrecen excelentes propiedades mecánicas, pero una maquinabilidad muy deficiente, por lo que se utilizan herramientas específicas para su mecanizado.

Ideal para:

Estas aleaciones especiales son las mejores para procesos de fabricación, como la fabricación aditiva, la fundición de inversión o el mecanizado CNC.

Flujo del proceso de fabricación de metales

La fabricación de metal es un proceso completo que comienza con el diseño. Consta de varios pasos desde la etapa de diseño hasta la entrega del producto.

1. Etapa de diseño e ingeniería

El primer paso en el proceso de fabricación de metal es el diseño. En este paso, se utilizan múltiples dibujos, modelos 3D y diferentes programas para crear un diseño preciso del producto. El programa más común en esta etapa de la fabricación de metal es AutoCAD.

2. Prueba de prototipado rápido

Una vez finalizado el diseño de la pieza, llega la etapa de prueba del prototipo . En esta etapa, se fabrica una muestra o modelo para validar su diseño, funcionalidad y método de fabricación.

3. Plan para la fabricación de producción

Tras una prueba de diseño y prototipado exitosa, se diseña el plan de producción final. En este plan, se seleccionan los procesos, las máquinas, el personal y las inspecciones para una producción fluida.

4 Inspeccion de calidad

Para garantizar la calidad de los productos, se realizan inspecciones de calidad en varias etapas del proceso de fabricación de metal. Primero se inspecciona la materia prima, luego durante la fabricación y finalmente se realiza la inspección final en el laboratorio.

5. Embalaje y entrega

El embalaje depende principalmente del tipo de producto y del método de transporte. Para el transporte terrestre y marítimo, el embalaje es diferente.

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Cómo elegir el proceso de fabricación de metal adecuado

El proceso de fabricación de metales depende de muchos factores. Algunos de ellos se analizan en esta sección.

Geometría y diseño de piezas

Los criterios más importantes son la geometría y el diseño de la pieza. Factores como la forma del componente, el grosor y el nivel de complejidad de la geometría influyen en la selección del proceso de fabricación de metal. Por ejemplo, si la materia prima es una lámina delgada y el producto requerido es una pulsera, bastará con un conformado simple.

Tolerancias y Acabado Superficial

Si se requieren tolerancias estrictas y un acabado superficial muy suave, es decir, un acabado superficial tipo espejo, entonces será necesario un mecanizado de precisión para cumplir con estas especificaciones.

Volumen de Producción

Para volúmenes de producción pequeños, las máquinas manuales sencillas son las más adecuadas. Sin embargo, para volúmenes de producción grandes, se utilizan máquinas automatizadas avanzadas. Así es como cambian los procesos de fabricación de metal con respecto al volumen de producción.

Consejos de diseño para piezas metálicas personalizadas

1. Elija sabiamente el material adecuado
2. Evite tolerancias innecesariamente estrictas
3. Mantener el espesor según los requisitos de la aplicación.
4. Evite los bordes afilados en el diseño, ya que posteriormente se convierten en restricciones de tensión.

Mecanizado CNC vs. Soldadura para piezas metálicas personalizadas

El mecanizado CNC y la soldadura son procesos comunes en la fabricación de metales. Analicemos las ventajas y desventajas de ambos procesos:

Ventajas y desventajas del mecanizado CNC

Ventajas

• Tolerancias estrictas: En industrias como la aeroespacial o la médica, se requieren tolerancias estrictas para evitar errores dimensionales. Estas dimensiones precisas aumentan el valor de la pieza.
• Sin errores humanos: dado que el proceso de mecanizado está controlado por una computadora, las posibilidades de que se produzcan errores durante el mecanizado son insignificantes.
• Menos mano de obra: debido al trabajo automatizado, se requiere menos mano de obra, lo que ahorra tiempo y dinero.
• Producciones de gran volumen: Gracias a las funciones automatizadas, las producciones de gran volumen en tiempos cortos son fáciles en el caso del mecanizado CNC.

Desventajas

• Coste: Los costes de mecanizado CNC por pieza son más elevados en comparación con las herramientas de corte tradicionales.
• Operadores Expertos: Los operadores de máquinas CNC deben estar bien capacitados para evitar cualquier error en la programación y el mecanizado.

Ventajas y desventajas de la soldadura

Ventajas

1. Proceso rápido de unión de metales
2. Produce uniones fuertes y permanentes.
3. No se requieren agujeros ni sujetadores
4. Se utiliza comúnmente para formas de diseño complejo.
5. Buena conductividad eléctrica y térmica.

Desventajas

1. Provoca estrés residual
2. Las zonas afectadas por el calor debilitan el componente
3. El calor, los humos y las descargas eléctricas son peligros para la seguridad.
4. Requiere mano de obra calificada

Industrias donde se utiliza la fabricación de metal

La fabricación de metal se utiliza en casi todos los campos. En esta sección se describen brevemente los más comunes.

Piezas de automoción

Para aumentar la fiabilidad de las piezas automotrices, se utilizan comúnmente procesos de fabricación de metal, como la soldadura y el CNC. Desde el chasis de un automóvil hasta una tuerca o un elemento de fijación, se emplean diferentes procesos de fabricación de metal.

Electrónica y productos de consumo

En electrónica y productos de consumo, los procesos comunes de fabricación de metales incluyen la soldadura fuerte, la soldadura blanda, el mecanizado CNC de precisión y la soldadura. Estos procesos facilitan el uso de estos componentes.

Equipos industriales y maquinaria

Los procesos de fabricación de metal también son de gran importancia en el sector de equipos y maquinaria industrial. En estos sectores, los procesos de fabricación más comunes incluyen el mecanizado pesado, el mecanizado CNC y la soldadura. Los equipos industriales, como los recipientes a presión, requieren fabricación de metal.

Conclusión

Los procesos de fabricación de metal son importantes en este mundo debido a su uso, desde una tuerca hasta la construcción de un puente gigante. Nos facilitan la vida gracias a la producción de cualquier producto, independientemente de su diseño. La fabricación de metal implica numerosos procesos, como el conformado, la soldadura, el mecanizado CNC, etc. Los procesos de fabricación de metal se seleccionan en función del material, la geometría y el nivel de precisión de la superficie o las dimensiones.

Preguntas frecuentes sobre los tipos de fabricación de metal

¿Cuáles son los 7 metales básicos?

Los metales base son metales comunes, no preciosos, ampliamente utilizados en la fabricación y la manufactura. Son más económicos que los metales preciosos y constituyen la base de la mayoría de las aplicaciones industriales de metales.

1. Hierro
2. Cobre
3. Zinc
4. Níquel
5. Aluminio
6. Lidera
7. Estaño

¿Cuáles son los seis tipos más comunes de trabajo de metales?

1. Casting
2. Formado
3. Maquinado
4. Integrándose
5. Tratamiento térmico
6. Acabado de superficies