Procediments de fabricació/Emmotllament
L'emmotllament és l'acció de donar forma a una matèria pastosa o líquida per enduriment o solidificació d’aquesta substància dins d’un motlle. Es distingeixen els següents procediments:
Pulverimetal·lúrgia
[modifica]
És el conjunt de procediments metal·lúrgics que permeten l’obtenció de productes o de peces per compactació de pólvores metàl·liques.
Aquest procés és adequat per a la fabricació de grans sèries de petites peces de gran precisió, per a materials o mescles poc comunes i per a controlar el grau de porositat o permeabilitat.
Alguns productes típics són els rodaments, els arbres de lleves, les eines de cort, els segments de pistons, les guies de vàlvules, filtres, etc.
En aquest procés no sempre s'utilitza la calor, però quan s'utilitza aquest ha de mantenir-se sota la temperatura de fusió dels metalls a treballar. Quan s'aplica calor en el procés subseqüent de la metal·lúrgia de les pólvores se li coneix com sinteritzat, procés que genera la unió de partícules fines amb el que es millora la resistència dels productes i altres de les seves propietats. Les peces metàl·liques producte dels processos de la metal·lúrgia de les pólvores són producte de la barreja de diversos pólvores de metalls que es complementen en les seves característiques. Així es poden obtenir metalls amb cobalt, tungstè o grafit segons para què va a ser utilitzat el material que es fabrica.
El metall en forma de pólvores és més car que en forma sòlida i el procés és només recomanable per a la producció en massa dels productes, en general el cost de producció de peces producte de pólvora metàl·lica és més alt que el de la fosa, no obstant això és justificable i rendible per les propietats excepcionals que s'obtenen amb aquest procediment. Existeixen productes que no poden ser fabricats i uns altres no competeixen per les toleràncies que s'assoleixen amb aquest mètode de fabricació.
Fases del procés
[modifica]Obtenció de les pólvores
[modifica]Generalment es realitza de metalls purs, principalment ferro, coure, estany, alumini, níquel i titani, aliatges com llautons, bronzes, acers i acers inoxidables o pólvores pre-aliats. Processos típics són:
- Atomització en estat líquid. El metall fos s'aboca a través d'un embut refractari en una càmera d'atomització, fent-li passar a través de dolls d'aigua polvoritzada.
- Atomització amb elèctrode fungible (electròlisi). Es col·loquen barres o làmines com ànodes en un tanc que conté un electròlit. S'aplica corrent i després de 48 hores s'obté en els càtodes un dipòsit de pólvores d'aproximadament 2mm. Es retiren els càtodes i es graten els pólvores electrolítiques.
- Reducció d'òxids metàl·lics. Es reduïxen els òxids metàl·lics a pólvores metàl·liques posant-los en contacte amb gas reductor a una temperatura inferior a la de fusió.
- Polvorització mecànica. Útil en metalls fràgils. Es mol o es llima el metall i es duu a través d'un gas, separant-se aquest metall del gas en un corrent turbulent dins d'un separador ciclònic.
- Condensació de vapors metàl·lics. Aplicable en metalls que poden bullir condensant el vapor en forma de pòlvores (magnesi, cadmi i cinc).
Barreja dels metalls participants
[modifica]Per a obtenir les característiques requerides serà necessari barrejar pólvores de grandàries i composicions diferents. Igualment es pot afegir additius que actuïn com lubrificants durant el compactat o aglutinantes que incrementin la resistència del compactat cru.
Compressió
[modifica]Les pólvores són introduïdes en un motlle de la peça desitjada i amb unes premses hidràuliques se'ls aplica una pressió altíssima, que produeix una unió entre els àtoms més superficials, anomenada difusió. Aquest procés pot ser comparat a una soldadura en fred.
Sinterització
[modifica]Per aconseguir que el producte obtingut es comporti com una massa compacta, el producte s'introdueix en un forn i aquest se sotmet a unes elevades temperatures que perfeccionen la unió. Aquestes altes temperatures solen estar una mica per sota del punt de fusió del material utilitzat i el temps que hi està pot oscil·lar entre els 20 minuts i les 2 hores. Generalment, els forns són continus amb tres càmares:
- Càmara de purga. On es consumeix l'aire i es volatilitzen els lubricants, mentre es calenta el compactat.
- Càmara d'alta temperatura. On es produeix la unió de partícules per difusió en estat sòlid.
- Càmara de refredament. On finalment es fa rebaixar la temperatura del producte sinteritzat.
Avantatges i inconvenients
[modifica]Avantatges
[modifica]- La producció de carburs sinterizats, "cojinets" porosos i bimetàlics de capes modelades, només es pot produir per mitjà d'aquest procés.
- Porositat controlada i precisió dimensional.
- Toleràncies reduïdes i acabat superficial d'alta qualitat.
- No hi ha pèrdues de material.
- Temps de producció curt i reduïts costos.
Inconvenients
[modifica]- Les pólvores són cares i difícils d'emmagatzemar.
- El cost de l'equip i de les matrius de compactació és alt.
- Característiques mecàniques inferiors, degut a la porositat del material.
- Dificultats tèrmiques en el procés de sinterització, sobretot als materials de baix punt de fusió.
- Dificultats per a la realització de productes amb dissenys complicats.
Fosa per gravetat
[modifica]És el procediment de conformació de metalls per solidificació del metall fos dins un motlle.
Aquest, es duu a terme abocant la massa metàl·lica fosa sobre el motlle, de manera que es desplaci cap avall com a conseqüència del seu propi pes.
Fosa sobre motlles de sorra
[modifica]En aquest procés es fon un material damunt de motlles de sorra, els quals un cop solidificat el material es trenquen.
Es fa servir la sorra com a primera matèria i aquesta té que tenir un elevat percentage de silici perque sigui posible. S'utilitza el motlle perdut.
La fosa en sorra consisteix en colar un metall fos, típicament aliatges de ferro, acer, bronze, llautó i altres, en un motlle de sorra, deixar solidificar i posteriorment trencar el motlle per extreure la peça fosa. Per a la fosa amb metalls com el ferro o el plom, que són significativament més pesats que el motlle de sorra, la caixa d'emmotllament és sovint coberta amb una xapa gruixuda per prevenir un problema conegut com "flotació del motlle" , que passa quan la pressió del metall empeny la sorra per sobre de la cavitat del motlle, causant que el procés no es porti a terme de forma satisfactòria.
Resumint, el procediment que es fa servir en la fosa sobre motlles de sorra és el següent:
- Confecció del model.
- Configuració de la part inferior i superior del motlle.
- Muntatge del motlle complet.
- Abocament del material fos.
- Finalment, obtenció de la peça.
Fosa per conquilla
[modifica]La conquilla és un motlle metàl·lic permanent, generalment d’acer, emprat per a obtenir peces metàl·liques foses.
Es duu a terme de la següent manera:
Preescalfament - Abocament del metall - Solidificació - Opertura
Fosa per cera perduda
[modifica]
La cera perduda és una tècnica de modelatge de figures i peces en principi de vidre o de metall que es fa servir a la indústria per a peces de precisió o de vegades també per artesans, per exemple joiers o escultors. Aquesta és una tècnica d'origen antic.
A l'època de l'estil sever, aquest procediment es va usar per a fer estàtues de bronze, com els guerrers de Riace, el déu del cap Artemísion o l'auriga de Delfos.
Aquest procés es realitza utilitzant un model a partir del qual s'obté un negatiu o matriu patró. D'aquesta forma, se'ns permet fer models molt complexos amb seccions reentrants, sense deixar extreure el model de la matriu.
Avantatges
[modifica]- Permet reproduir detalls petits i subtils.
- És un mètode utilitzat des de fa molts d'anys.
Inconvenients
[modifica]- No sempre funciona bé amb certs volums.
- És una tècnica arriscada, ja que no es permet error.
- El seu cost és alt, i els motlles no es poden reutilitzar.
Fosa per pressió o injecció
[modifica]
La injecció és un procediment mitjançant el qual es fa passar un líquid o un material viscós a través d'un tub o un conducte circular per a una determinada fi.
Quan es tracta de fer moltes peces de metalls amb un un baix punt de fusió, com l'alumini, el zinc i els seus aliatges, es fan servir motlles d'acer on s'introdueix el metall fos, no per gravetat, sinó per pressió amb l'utilització d'un pistó que actua sobre una canal d'alimentació. El procés és molt similar al de la injecció de plàstics.
El motlle d'acer consta de dues parts o "semimotlles" que encaixen perfectament per rebre el metall fos i s'obren per extreure la peça un cop solidificada. Té uns petits forats per on surten l'aire i els gassos, i uns altres canals de refrigeració per evitar l'escalfament execessiu quan s'utilitza els motlles contínuament. Les peces obtingudes són més resistents que les obtingudes en caixes de sorra, perquè s'han solidificat sota pressió.
Emmotllament per força centrífuga
[modifica]El procés de fosa centrífuga consisteix a dipositar una capa de fosa líquida en un motlle de revolució girant a gran velocitat i solidificar ràpidament el metall mitjançant un refredament continu del motlle o conquilla. Les aplicacions d'aquest tipus d'emmotllament són molt variades, anant des de la fabricació de telescopis fins a les canonades.
Fosa contínua
[modifica]-1_NT.PNG)
Aquest és un procediment de fabricació de peces, comunament metàl·liques però també de plàstic, que consisteix en fondre un material i introduir-lo en un motlle, on es solidifica.
El procés tradicional és la fosa per sorra, ja que aquesta és un material refractari molt abundant en la naturalesa i que, barrejada amb argila, adquireix cohesió i moldeabilitat sense perdre la permeabilitat que possibilita evacuar els gas.
La fosa contínua pot realitzar-se tant de forma vertical com horitzontal, depenent de la grandària del producte i el volum de fabricació sense distinció entre metalls ferrosos i no ferrosos. Quan es treballa horizontalment, a mesura que la barra recorre la màquina en tota la seva extensió, es completa el procés de solidificació. Mentre que en la manera vertical, la solidificació es produeix en la part inferior del motlle.
La major part de les instal·lacions de fosa contínua en ús avui en dia operen de manera horitzontal. La raó per a això és principalemente logística, basada en la comodida de maneig del producte i fins a cert punt la seguretat en aquesta operació.
Emmotllament per bufat
[modifica]És un procés per mitjà del qual es produeixen objectes de plàstic buits, com per exemple ampolles. Aquest procés és semicontinu, ja que inclou dos passos:
- La extrusió de polímer fos amb un perfil tubular anomenat parison.
- I el inflat de aquest tub en un motlle, del qual pren la forma final el polímer extrudit.
El parison extruït ha d'inflar-se perquè prengui la forma del motlle, això es pot aconseguir mitjançant la injecció d'aire, però pot també realitzar mitjançant la injecció d'aigua, sucs, begudes refrescants o medecines líquides, com sèrum. Aquest tipus de presència no requereix d'una tapa, ja que el material es segella en acabar la injecció i no permet la fuga del líquid amb el qual es va inflar el material.
Emmotllament per compressió
[modifica]
És un tipus d'emmotllament que consisteix en ficar matèria dins d'un motlle, on aquest material es fondrà degut a l'augment de pressió i temperatura i, gràcies a això, prendrà la forma del motlle al qual s'havia introduït prèviament.
Aquest procés, encara que la reacció generi calor, pot ser considerat com "isotèrmic", ja que el motlle, generalment metàl·lic, dissipa ràpidament la calor.
Una de les seves utilitats més comunes és el processament de compostos de fusta i plàstic, d'on s'obté un material econòmic i de llarga duració. Aquest, pot ser utilitzat en teulats, pisos i perfils en disseny de jardins.
Referències
[modifica]- Pulverimetal·lúrgia (1) (castellà)
- Pulverimetal·lúrgia (2) (castellà)
- Tècniques d'emmotllament (1)
- Tècniques d'emmotllament (2)
- Fosa per cera perduda
- Fosa per injecció
- Emmotllament per força centrífuga (castellà)
- Fosa contínua (castellà)
- Emmotllament per bufat (castellà)
- Emmotllament per compressió