3.1 Procesos de Conformado Metálicos
Introducción
Los procesos de conformado metálicos son fundamentales en la ingeniería y la fabricación de componentes de metal. Estos procesos permiten cambiar la forma y las propiedades de los metales mediante deformación plástica, sin romper el material. Entre estos procesos se incluyen la forja, el estampado, el acuñado, la extrusión, el laminado, el estirado, el trefilado, el troquelado, el embutido, el doblaje, el cizallado y el punzonado. Este trabajo proporciona una descripción detallada de cada uno de estos procesos, así como una discusión de sus aplicaciones y propiedades.
1. Forja
La forja es un proceso donde el metal se moldea mediante la aplicación de esfuerzos de compresión, permitiendo que el material fluya en formas deseadas. Este proceso se lleva a cabo a temperaturas controladas, lo cual influye en la microestructura final del material. La forja puede clasificarse en caliente, templada o fría, dependiendo de la temperatura de trabajo. La forja caliente, en particular, permite una mejor distribución de las propiedades mecánicas al reducir la heterogeneidad del material [10].
2. Estampado y acuñado
El estampado es un proceso de conformado donde se utiliza una prensa para dar forma a una hoja de metal a través de un troquel. Este proceso tiene aplicaciones extensas en la fabricación de piezas automotrices y otros componentes industriales. Por otro lado, el acuñado se refiere a la creación de formas específicas mediante la compresión de metal en un molde, siendo particularmente relevante para la fabricación de monedas y componentes con detalles intrincados [9].
3. Extrusión
La extrusión es un proceso clave en la manufactura que implica forzar un material a través de una matriz para obtener un perfil uniforme. Este proceso es ampliamente utilizado en la producción de componentes estructurales y presenta ventajas en términos de flexibilidad de diseño y reducción de desperdicio [7]. La extrusión puede realizarse en caliente o en frío y es especialmente adecuada para la fabricación de geometrías complejas [14].
4. Laminado
El laminado consiste en hacer pasar el metal a través de una serie de rodillos para reducir su espesor y mejorar sus propiedades mecánicas mediante trabajo en frío. Este proceso es fundamental en la industria siderúrgica y en la producción de láminas metálicas de alta resistencia [13]. El laminado puede realizarse en caliente o en frío, influyendo directamente en la microestructura y propiedades finales del material [10].
5. Estirado y trefilado
El estirado y el trefilado son procesos de reducción de sección transversal, comúnmente aplicados a barras y alambres, mediante esfuerzos de tracción [10]. Estos procesos son esenciales para la producción de conductores eléctricos y componentes estructurales, donde el endurecimiento por deformación mejora significativamente las propiedades mecánicas [12].
6. Troquelado y embutido
El troquelado es un proceso de corte de lámina metálica mediante el uso de herramientas especializadas, ampliamente utilizado en producción en serie [12]. El embutido, por su parte, implica la deformación plástica de una lámina para generar cavidades profundas, siendo un proceso clave en la fabricación de carcasas y paneles estructurales [4].
7. Doblaje, cizallado y punzonado
El doblaje permite modificar la geometría de piezas metálicas mediante flexión controlada, siendo esencial en la conformación de estructuras metálicas [10]. El cizallado se emplea para la separación de material en secciones más pequeñas, mientras que el punzonado se utiliza para la generación precisa de orificios, procesos ampliamente empleados en manufactura industrial [9].
3.2 Recubrimientos Metálicos: Galvanoplastia, Pavonado y Depósitos de Nitruros
Galvanoplastia
La galvanoplastia, o electrodeposición, es un proceso electroquímico utilizado para depositar una capa metálica sobre un sustrato con el fin de mejorar sus propiedades funcionales y estéticas [6]. Este proceso se basa en reacciones redox que controlan la nucleación y el crecimiento del metal depositado [6].
Los electrolitos tradicionales utilizados en galvanoplastia suelen ser soluciones acuosas, las cuales presentan limitaciones asociadas a la evolución de hidrógeno y ventanas de potencial reducidas. En este contexto, los disolventes eutécticos profundos han emergido como una alternativa prometedora, permitiendo una deposición más estable y recubrimientos de mayor calidad [3].
Aplicaciones de la galvanoplastia
La galvanoplastia se aplica ampliamente en la industria electrónica, médica y mecánica. En particular, se emplea en recubrimientos de implantes para mejorar la biocompatibilidad del titanio y aumentar la resistencia a la corrosión y al desgaste de componentes sometidos a condiciones severas de operación [8].
Pavonado
El pavonado es un tratamiento superficial basado en la oxidación controlada de metales ferrosos, principalmente acero, con el objetivo de mejorar su resistencia a la corrosión [2].
La capa formada durante el pavonado incrementa la dureza superficial y proporciona una protección moderada frente al desgaste, siendo ampliamente utilizada en herramientas y componentes mecánicos [2]. No obstante, su desempeño depende fuertemente del control del proceso y suele ser inferior al de recubrimientos avanzados como los nitruros [1].
Depósitos de nitruros
Los recubrimientos de nitruros, como TiN y CrN, se aplican mediante técnicas de deposición física y química de vapor (PVD y CVD), generando capas duras y altamente resistentes al desgaste [11].
Estos recubrimientos son ampliamente utilizados en la industria aeroespacial y en herramientas de corte debido a su elevada dureza, estabilidad térmica y resistencia a la corrosión [5,11]. Además, los procesos PVD y CVD permiten un control preciso de la microestructura y la adherencia del recubrimiento, incluso en geometrías complejas [5,11].
Referencias
[1] Arai T. Thermoreactive deposition/diffusion process for surface hardening of steels. Surface and Coatings Technology. 2013;215:297–304. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2012.07.091
[2] Barry M, Kanematsu K. Industrial surface treatments: Principles and practice. Oxford: Elsevier; 2016.
[3] Bernasconi M, Magagnin L, Passerini S. Electrodeposition of metals from deep eutectic solvents. Electrochimica Acta. 2017;246:985–994. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2017.06.086
[4] Dornfeld D. Green manufacturing: Fundamentals and applications. New York: Springer; 2013.
[5] Fuentes A, Rodríguez J, Gómez M. Advanced surface treatments on titanium and titanium alloys for biomedical applications. Coatings. 2019;9(12):838. https://doi.org/10.3390/coatings9120838
[6] Gamburg YD, Zangari G. Theory and practice of metal electrodeposition. New York: Springer; 2011. https://doi.org/10.1007/978-1-4419-9669-5
[7] Guo Y, Yang H. Plastic forming of metals: Theory and applications. Oxford: Elsevier; 2014.
[8] Ikeh M, Okorie B, Nwankwo U. Functional coatings for delaying corrosion of titanium alloys: A review. Journal of Materials Research and Technology. 2024;26:2451–2473. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.12.041
[9] Johnson W, Mellor PB, Rowe GW. Engineering plasticity. Chichester: Ellis Horwood; 1982.
[10] Kumar A, Povoden-Karadeniz E. Phase-field modeling of microstructural evolution in metals. Progress in Materials Science. 2021;121:100737. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2021.100737
[11] Mueller B, Schubert A, Nestler A. PVD coatings on bearing steels for aerospace applications. Surface Engineering. 2017;33(6):451–459. https://doi.org/10.1080/02670844.2016.1269875
[12] Olaogun A, et al. Recent advances in metal forming processes: A review. Journal of Manufacturing Processes. 2024;98:312–334. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2024.01.022
[13] Semiatin SL. ASM handbook. Vol. 14A: Metalworking—Bulk forming. Materials Park (OH): ASM International; 2005.
[14] Wang J, Zhao Y. Microstructural evolution during extrusion of aluminum alloys. Materials Science and Engineering A. 2018;712:198–207. https://doi.org/10.1016/j.msea.2017.11.091
COATINGS TO IMPROVE BEARING
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