3. Trabajos con Metales

 

El hierro, el acero y el aluminio son los metales que tienen mayor demanda a nivel mundial en el campo de la industria metalmecánica. Bajo el procesamiento industrial siguiendo altos estándares de calidad son transformados en productos que satisfacen las necesidades de sectores importantes dentro de la economía de un lugar determinado, entre ellos se destacan la industria de la construcción, automotriz, aeronáutica, agrícola, de alimentos, entre otras áreas de producción que elaboran artículos útiles para el hogar y las sociedades en general. 

Para que estos metales estén a disposición de las personas, bien sea en forma de herramienta, instrumentos o cualquier objeto de utilidad, deben desarrollarse una gama de procedimientos que van desde la extracción y la aleación de la materia prima (metal), hasta su presentación comercial; que pueden ser en forma de lingotes, láminas, pletinas, entre otras, con la finalidad de ser sometidos a diferentes operaciones de mecanizado y acabado.

En este sentido, el estado venezolano se encuentra privilegiado debido a la disposición de una cantidad satisfactoria de recursos naturales necesarios para la obtención de metales, lo que permite abastecer el mercado nacional y ofrecer esta materia prima como producto de exportación para otros países. En la actualidad cuenta con una industria metalmecánica técnica y económicamente constituida, abordando diversos procesos de envergadura en muchas áreas de producción a fin de cumplir con la demanda nacional e internacional.

 

El Hierro: Forma de Obtención

 

El mineral de hierro se encuentra en la naturaleza en diferentes grados de pureza, en forma de óxido de hierro mezclados con sílice, caliza y otros compuestos. El primer estado metálico se consigue por medio de un proceso llamado reducción del mineral. Para obtenerlo, el óxido de hierro se descarga en dentro de un aparato llamado Alto Horno, conjuntamente con capas de caliza que actúa como purificador o fundente y el coque metalúrgico es utilizado como agente térmico en dicho proceso y como agente reductor de los óxidos de hierro.

Dentro del Alto Horno y debido al calor, se producen ciertas combinaciones químicas que dejan libre al metal, quedando éste en el fondo del horno en estado líquido. A este primer hierro obtenido en el Alto Horno se le denomina Arrabio o hierro de primera fusión.

Para producir una (1) tonelada de hierro en lingotes de fundición se necesitan aproximadamente dos (2) toneladas de mineral, una (1) tonelada de coque, media (1/2) tonelada de caliza y cuatro (4) toneladas de aire. El proceso de reducción consiste básicamente en la eliminación de oxígeno contenido en los minerales bajo forma de óxido, de manera que el producto quede constituido principalmente por el hierro.

Los procesos de reducción más usados en la industria siderúrgica venezolana son la de reducción directa; donde el Alto Horno y los hornos eléctricos facilitan la obtención del hierro, pero se diferencian entre sí debido a los agentes térmicos, reductores y carburadores que se utilizan y por el estado físico del producto final. Por medio de estos procesos en los cuales se utilizan gas o directamente carbón en vez de coque, se obtiene un producto sólido denominado esponja de hierro o mineral prereducido.

 

El Acero: Forma de Obtención

 

El acero es el metal más utilizado por el hombre. Para la formación del acero se requiere de la combinación del hierro con una pequeña cantidad de carbono, normalmente menos del 1%. La mayoría de las industrias emplean como materia prima este metal dado que el hierro como elemento puro no posee suficiente resistencia y dureza para la fabricación de productos que requieren de un material fuerte como herramientas, maquinarias pesadas, entre otras.

La materia prima básica para la fabricación del acero es el Arrabio. Además se usan otros materiales que le aportan al acero una composición química idónea para incrementar sus propiedades de resistencia y dureza que lo caracterizan, entre ellos se mencionan las ferroaleaciones, caliza, dolomita y el carbono. Actualmente, los procesos más utilizados para la obtención del acero son el de Siemens Martín, Hornos Eléctricos de Arco y el de Convertidor de Oxígeno.

El proceso de horno eléctrico se usa principalmente para la producción del acero de alta calidad como el acero inoxidable y de aleación para herramientas. Para éstos últimos, el contenido de carbono tiene gran influencia, por lo tanto, se determina mediante una clasificación de aceros: Bajo, medio y alto carbono. 

El acero de bajo carbono, comúnmente acero suave o de maquinaria contiene de 0,10% a 0,20% de carbono. Éste puede ser forjado, soldado y mecanizado con facilidad. Se usa en la construcción de partes mecánicas como remaches, cadenas, pernos, entre otros.

El acero de medio carbono contiene de 0,30% a 0,60% de carbono y se usa comúnmente para la elaboración de ejes rieles y de partes forjadas grandes, inclusive para la fabricación de carcasas para maquinaria pesada como las cubiertas que protegen los tanques de combustible para camiones, tractores o buses.

El acero de alto carbono, conocido con acero para herramientas contiene de 0,60% a 1% de carbono. Éstos pueden ser endurecidos o revenidos para incrementar sus propiedades de dureza y resistencia a la rotura. Generalmente son utilizados en la fabricación de llaves fijas y herramientas de corte, elementos de máquinas (ruedas dentadas, chavetas, ejes, poleas, entre otras), vigas, cabillas, varillas, válvulas de presión, tubos para gases especiales, entre otros productos requeridos para grandes esfuerzos. 

Los aceros aleados se hacen añadiendo metales como el cromo, níquel, tungsteno y vanadio para darle al acero características tales como resistencia a la oxidación, corrosión, impacto y fatiga. El sistema de símbolos estandarizados por la Sociedad de Ingeniería Automotriz (SAE, por sus siglas en inglés) y el Instituto Americano para la Producción de Hierro y Acero (AISI, por sus siglas en inglés), se usa para identificar los grados estándar de aceros al carbono y aleados.

 

El Aluminio: Formas de Obtención

 

Este versátil metal se encuentra abundantemente en la naturaleza en forma de mena de óxidos de diferentes elementos. La obtención del metal puro es bastante compleja y requiere de una serie de pasos, que a su vez implican unas instalaciones de gran envergadura. El aluminio se produce por primera vez en la historia como un metal en el año 1827. A nivel industrial se produjo como cloruro de aluminio en 1854 y por el método que se utiliza en la actualidad, como lo es el de Separación Electrolítica, que fue originado en 1886. 

Es preciso mencionar que el proceso de obtención del aluminio tal como se encuentra en la naturaleza a metal fundido de 99% de pureza, es mucho más complicado que el proceso de obtención del hierro, dado que los óxidos de este metal se encuentran en forma pura y con más altas concentraciones del mismo.

El mineral más empleado para la obtención del aluminio se conoce con el nombre de Bauxita. La producción de este metal se lleva a cabo en dos (2) etapas: (a) Producción de óxido de aluminio puro (AL2O3), también conocido como Alúmina a partir de la Bauxita y, (b) Obtención del aluminio metálico a partir del óxido de aluminio y la criolita.

El óxido de aluminio se funde en el horno de arco y el metal fundido se descompone mediante la corriente eléctrica. Sirve como cátodo una caja de hierro laminado revestida con una masa de carbón molido. En esta caja, se acumula el aluminio y el oxigeno liberado se desplaza hacia el ánodo de carbón. De cuatro (4) toneladas de Bauxita se obtiene dos (2) toneladas de óxido de aluminio, que produce una (1) tonelada de aluminio. Para esto se necesitan aproximadamente veintidós (22) Megavatios de trabajo eléctrico.

El campo de aplicaciones del aluminio es tan amplio y variado que conviene clasificarlas por sector industrial. Siendo un metal liviano y a la vez resistente, su aplicación en techos industriales y en viviendas de bajo costo es ideal. El hecho de que un metal es resistente a la corrosión de los ambientes; bien sea industrial, rural o marino garantiza la durabilidad de los techos. Igualmente, las propiedades de resistencia a la corrosión, bajo peso y agradable apariencia hacen del aluminio un material favorito en los diseño de ventanas.

En Venezuela existen excelentes líneas de pintura al horno que procesan cintas de aluminio para la fabricación de toldos y cielo raso. Los elementos de las persianas son otro ejemplo clásico de la utilización del aluminio como base ornamental y funcional en la decoración de edificios. 

Desde los módulos de transporte espacial hasta los submarinos de investigación oceanográfica a grandes profundidades, utilizan el aluminio como metal básico para la estructura y el casco. Entre estos extremos de aplicación, hay más ejemplos al alcance tales como los aviones, camiones, autobuses, cavas, entre otros vehículos que aprovechan lo liviano y duradero del aluminio con ahorro de neumáticos, mantenimiento, combustible y mejoramiento de nuestra vialidad, a través de la elaboración de vallas y señales de transito. 

La alta conductividad del aluminio asociada al bajo peso del metal por unidad de volumen, lo colocan en primer lugar en el campo de la conducción de energía eléctrica. Un nuevo campo de aplicación del aluminio en Venezuela es la fabricación de la torres de transmisión, donde se aprovecha la facilidad de transportar los perfiles de aluminio dado su bajo peso, conjuntamente con menores costos de montaje y mantenimiento.

 

Características Especiales de los Metales

 

De todas las características de los metales, se deben tener en cuenta aquellas de las cuales dependen su utilidad en la industria siderúrgica. Dichas características son unas veces cualidades, otras veces defectos y, en algunos casos, sólo constantes físicas. Se pueden clasificar en varios grupos según sus propiedades físicas, químicas, tecnológicas y mecánicas.

Propiedades Físicas: Dentro de este grupo se reúnen las propiedades primarias o básicas de la materia con otras que son consecuencia de fenómenos motivados por agentes físicos exteriores. Las más importantes son:

1. Extensión: Propiedad de ocupar espacio, conocido también como Volumen.

2. Impenetrabilidad: Propiedad que tienen los cuerpos de no poder ser ocupado su espacio, simultáneamente por otro cuerpo. La impenetrabilidad se debe a la sustancia que llena su volumen denominada masa.

3. Gravidez: Todos los cuerpos están sometidos a la acción de la gravedad, por tanto son pesados. Se denomina peso específico el peso de la unidad de volumen de un cuerpo. Comparando los metales se ve que, a igualdad de volumen, unos pesan más que otros como si su masa fuera más compacta.

4. Calor específico: Es la cantidad de calor necesario para aumentar la temperatura de la unidad de masa de un cuerpo desde 0°C hasta 1°C. Se expresa en Calorías gramo y es muy elevado en los metales. Su valor tiene gran importancia porque permite conocer la cantidad de calor que se necesita suministrar a una masa de metal para elevar su temperatura hasta la de transformación o de fusión.

5. Calor latente de fusión: Es la cantidad de calor que absorbe la unidad de masa de un metal al pasar del estado sólido al estado líquido. También se expresa en calorías gramo.

6. Conductividad calórica: Propiedad de los metales que les permite transmitir el calor a través de su masa. El coeficiente de conductividad térmica es la cantidad de calor en calorías, capaz de atravesar en un (1) segundo y perpendicularmente una placa metálica de 1 cm cuadrado de superficie y 1 cm de espesor, siendo la diferencia entre las caras de la placa de un grado.

7. Conductividad eléctrica: propiedad casi exclusiva de los metales que consiste en la facilidad que poseen para transmitir la corriente eléctrica a través de su masa. Lo contrario de esta propiedad es la resistencia eléctrica.

Propiedades Químicas: Las dos (2) propiedades más importantes desde el punto de vista químico y de mayor importancia para nosotros se refieren a la resistencia que oponen los materiales frente a las acciones químicas y atmosféricas, es decir, a la oxidación y la corrosión.

1. Oxidación: Es el efecto producido por el oxígeno en la superficie del metal y se acentúa al aumentar la temperatura.

2. Corrosión: Es el deterioro lento y progresivo de un metal por un agente exterior. La corrosión atmosférica es la producida por el efecto combinado del oxígeno del aire y la humedad. También se da la corrosión química, la cual es producida por los ácidos y los álcalis.

Propiedades Tecnológicas:  Son las relativas al grado de adaptación del material frente a distintos procesos de trabajo a los que puede estar sometido. Los más importantes y de interés para el estudio de los metales son:

1. Maquinabilidad: Es la mayor o menor facilidad al labrado por herramientas o cuchillas de corte.

2. Colabilidad: Es la mayor o menor facilidad a llenar bien un molde cuando está en estado líquido.

3. Soldabilidad: Es la posibilidad de ser soldado por Soldadura Oxiacetilénica (SOA) o de baja temperatura.

4. Ductilidad: Es la aptitud para la formación de un metal en forma de hilos.

5. Maleabilidad: Es la capacidad de un metal para ser formado en láminas.

6. Templabilidad: Es la aptitud que tienen los cuerpos para dejarse penetrar por el temple.

7. Fusibilidad: Propiedad de fundirse bajo la acción del calor. La temperatura precisa para que se produzca este fenómeno se llama Punto de Fusión, y es una constante bien definida para los metales puros.

Propiedades Mecánicas: Son aquellas que expresan el comportamiento de los metales frente a esfuerzos o cargas tendentes a alterar su forma. Tienen gran importancia porque son las que dan a algunos metales su superioridad sobre otros materiales en cuanto a sus aplicaciones mecánicas. Para poder establecer una clasificación de dichas propiedades, debe atenderse a la naturaleza de los esfuerzos que inciden sobre ellos. De este modo resultan las siguientes:

1. Resistencia: Es la capacidad de soportar una carga externa. Si el metal debe soportarla sin romperse, se denomina Carga de Rotura. Como la rotura de un metal puede producirse pro tracción, compresión, torsión o corte, habrá una resistencia a la rotura para cada uno de estos esfuerzos. La resistencia se mide en kilogramo por centímetros cuadrados o en kilogramos por milímetros cuadrados, que es la más corriente.

2. Dureza: es la propiedad que expresa el grado de deformación permanente que sufre un metal bajo la acción directa de una carga determinada. Hay que distinguir dos (2) clases de dureza: Física y técnica. La dureza física es la resistencia que opone un cuerpo a ser rayado por otro más duro, mientras que la dureza técnica es la resistencia que opone a ser penetrado por otro más duro.

 

Presentación Comercial de los Metales

 

Una vez obtenidos los metales de hierro, acero y aluminio, entre otros, son presentados comercialmente en distintas formas y dimensiones con el fin de satisfacer las necesidades de la industria metalmecánica, la cual se encarga de procesar estos insumos y darle forma y acabado definitivo a productos terminados para ser usados por el consumidor o como insumos para otras ramas industriales como los mencionados en párrafos anteriores. Entre las formas más comunes podemos destacar las chapas, barras, perfiles y alambres.

Aún cuando las formas y dimensiones sean comunes, cada rama industrial utiliza con mayor intensidad un determinado rubro, dependiendo de las características de sus productos. Un ejemplo de esto podemos citar la industria automotriz, la cual para la construcción de carrocerías de automóviles y autobuses emplean chapas de distintos espesores, mientras que en el industria de la construcción se utilizan con mayor intensidad las barras y los perfiles. A continuación se presenta una información detallada sobre las principales formas de presentación de los metales.

Chapa: Es un producto plano de ancho superior a 600 milímetros. Se clasifican según su espesor en grueso o plancha (de 6 mm o más) y fina o lámina (menos de 3 mm). Generalmente, se hacen de hierro dulce y de acero de distintas durezas.

Barra: Es un producto que presenta como característica secciones de formas geométricas de diversos diámetros y alturas. Al igual que la chapa, la barra puede ser elaborada con hierro dulce o acero de diversas durezas, dependiendo del tipo de esfuerzo a desarrollar y del uso o aplicación que será destinado este producto.

Perfil: Es un producto cuya característica es representar formas acabadas obtenidas por laminación. A diferencia de la barra, que comúnmente es presentada en diversas formas geométricas, el perfil es elaborado en formas especiales dependiendo de la aplicación de este producto y de los esfuerzos a resistir, los cuales son superiores a los que son sometidos la barra.

Es preciso mencionar que tanto la chapa como la barra es generalmente de superficie lisa, pero también se puede obtener de superficie estriada. La chapa puede comercializarse en forma perforada e incluso encontrarse en el mercado construida en metales no ferrosos como el aluminio y el platino. Todas estas formas de presentación comercial no se fabrican en cualquier dimensión arbitraria, sino en una serie de medidas normales convenientemente graduadas. Por lo tanto, cuando se trate de efectuar un trabajo es necesario conocer cuáles son las medidas de los productos que podemos encontrar en el comercio.

 

Herramientas usadas para Trabajar con Metales

 

En párrafos anteriores planteamos que la mayoría de los productos fabricados con metales son obtenidos comercialmente en forma de barras, chapas o perfiles. Para obtenerlas también deben ser trabajadas previamente mediantes procesos de laminación, estirado, forjado y fundición a fin de ajustar esta materia prima a numerosas aplicaciones asociadas con la industria metalmecánica.

Cuando se trata de fabricar cualquier objeto con metal (o con otra materia prima como la madera) es muy probable su modificación o ajuste; bien sea cortarlo, limarlo, rayarlo o marcarlo, elaborar un roscado, golpearlo o sujetarlo para facilitar el desarrollo de otros procedimientos, se requiere de un aparato conocido como Herramienta para lograr que los metales obtenidos en forma comercial puedan ser ajustados o modificados de conformidad con nuestras necesidades.

Por lo tanto, las herramientas son aparatos que facilitan el desarrollo de uno o varios trabajos de carácter manual, pudiéndose separar la materia prima (que en este caso sería el metal) en dos o más partes (corte o cizallado), trazar o rayar una sección (trazado), alisar y desbastar para disminuir su superficie (limado o desbaste),  golpear para darle formas especiales  (impacto) y sujetar para unir o modificar mediante otros procesos de mecanizado (sujeción).

Todas las modificaciones o ajustes a efectuarse con alguna herramienta deben ser acordes con una representación gráfica o planos del objeto a fabricar, puesto que es necesario conocer las medidas idóneas para elaborar los productos requeridos para fines específicos. Por ello, antes de comenzar la construcción de una pieza u objeto es necesario examinar el plano o dibujo con todos sus detalles, de lo contrario perderías tiempo durante el trabajo exponiéndote a equivocaciones. A continuación se señalarán una gama de herramientas que se necesitan para desarrollar los trabajos con metales con algunas recomendaciones sobre su conservación y almacenamiento.

 

Herramientas de Limado

  

Lima

La operación de limado manteniendo las medidas justas y realizándola con pulcritud de acuerdo con los datos del dibujo exige una práctica larga y constante. Este tipo de trabajo es uno de los más frecuentes en los talleres educacionales, el cual consiste en desbastar o alisar las piezas recortadas de un modo basto, que podemos llamar piezas en bruto, hasta que se ajusten a las medidas o cotas exactas del dibujo. Las superficies de las piezas sujetas a las operaciones de limado pueden obtener una calidad superficial dependiendo de una herramienta conocida como Lima; la cual está construida de una barra de acero templado de superficie áspera cuyo objeto es rebajar y pulir metales. Las partes principales de una lima son: (a) Cuerpo, (b) Punta y (c) Espiga. No todas las limas tienen punta. La espiga es de sección poligonal, generalmente rectangular, y en ella se coloca el mango.  

Entre los elementos característicos de la lima se destaca: (a) la forma, (b) el tamaño y, (c) el picado o área para desbaste. En cuanto a la forma, se entiende la figura geométrica de su sección transversal. Las formas más conocidas de las limas son las siguientes:

Plana: La sección transversal es de forma rectangular. Si tiene punta se conoce como carleta o plana de punta, si no la tiene se llama carrada o plana paralela. Las limas planas son las más usadas dentro de los talleres educacionales.

Cuadrada: Es un tipo de lima utilizado para agujeros cuadrados como chaveteros y superficies planas angostas.

Redonda: Se emplea este tipo de lima para desbastar superficies cóncavas, agujeros, entre otras. Si es estrecha y tiene punta se le llama cola de ratón.

Media Caña: La sección es de un segmento circular. Con la cara plana se pueden ejecutar los mismos trabajos que con las limas planas. Se utilizan para formar ángulos cóncavos menores de 60°. La parte circular se emplea para superficies curvas y para grandes agujeros circulares u ovalados.

Triangular: La sección de este tipo de lima posee un triángulo equilatero. Generalmente se usa para formar ángulos mayores de 60° y para limar superficies planas de precisión.

El tamaño se refiere a la longitud del cuerpo de la lima expresada en pulgadas (”). Los tamaños más corrientes de las limas son 3”, 4”, 5”, 6”, 8”, 10”, 12” y 14”. Por lo general, la lima debe ser mayor que la longitud de la superficie del objeto a desbastar.  Por otra parte, el picado consiste en la rugosidad de la lima, la cual hará la función principal de esta herramienta conocida como desbaste. El picado puede ser de dos (2) formas:

Sencillo: Es el tipo de picado producido por una serie de entallas o surcos paralelos. Tiene una inclinación con respecto al eje de la lima de 70°. Las limas de picado sencillo se utilizan comúnmente para trabajar con metales no ferrosos como aluminio, plomo, cobre, estaño, entre otros. 

Doble: Es aquel en el cual, encima del picado sencillo se hace otro de menor profundidad y cruzado con el primero. El ángulo de este segundo picado con respecto al eje de la lima es de 45°. Este tipo de picado es el más adecuado para las operaciones de ajuste mecánico.

El picado también depende del grado de corte. Éste último consiste en el número de dientes que entran por centímetro cuadrado de superficie limada. Este elemento de la lima varía entre 18 y 1200 dientes por centímetro cuadrado. Según el grado de corte se clasifican en: (a) bastardas, (b) semibastarda (c) semifinas y (d) finas. Aún para este tipo de denominaciones, el grado de corte es distinto dependiendo del tamaño de la lima. Por ejemplo una lima bastarda de 12” tiene menos dientes por centímetros cuadrados que otra de 4”.

 

Herramientas de Trazado

 

Trazador o Rayador

Es una varilla o aguja de acero terminada en punta cónica templada y muy afilada con el objeto de penetrar con facilidad la superficie exterior del metal. En la mayoría de los casos, se emplea una sustancia conocida como Azul de Prusia para rellenar la zona a trazar y facilitar el marcado del metal con esta herramienta. Existen algunos modelos de trazador con el extremo romo doblado en ángulo recto o en forma de anillo a fin de evitar que se deslice de las manos de la persona que ejecuta el procedimiento.

Granete o Punta Centradora

Es un cilindro de acero terminado en una punta. La punta suele ser de 60° a 70° y su función primordial es señalar con puntos regulares los trazos hechos con la punta del trazador o hacer un punto de apoyo y guía para el compás o para la broca al desarrollar las operaciones de taladrado. También puede ser utilizado en aquellos trabajos con metales donde las líneas de trazado tiendan a borrarse o perder claridad a lo largo de efectuarse varios procedimientos.

Calzos o Prismas para Trazado

Son unos prismas de fundición de formas muy variadas; tienen siempre uno o más cortes en “V” con el propósito de colocar piezas redondas sobre ellos y así determinar con las operaciones de trazado el centro de una sección circular  u otros trazos específicos.

 

Herramientas de Corte

 

Existen muchos tipos de herramientas para corte de metal usadas en los talleres educacionales. Al proceder a familiarizarte con el trabajo con este tipo de materia prima, probablemente descubrirás que hay herramientas que se usan para cortar metal y que no se encuentran descritas en el texto; sólo se consideran en este apartado las de uso básico. Lo importante es efectuar la separación de dos o más partes metálicas de conformidad con las medidas expresadas en el dibujo del objeto o plano, siendo así la función primordial de este conjunto de herramientas.

 

Seguetas

Las seguetas son herramientas que se usan para cortar metales de mediano a grandes dimensiones. Siempre se usan con un arco que pueden ser fijo o ajustable y son fabricadas de acero para herramientas de alto grado, endurecido y templado.

Como es obvio, se usan las hojas de segueta de acuerdo al tipo de material y su dureza. Existen dos (2) tipos: (a) dura y (b) flexible; las primeras se han endurecido en su totalidad, mientras que las hojas flexibles sólo endurecen los dientes. Tienen un agujero en cada extremo en los que se acopla con el perno del arco.

Todos los arcos que pueden sujetar las hojas, bien sea en un plano paralelo o en un plano en ángulo recto con el arco, están provistos de una tuerca en mariposa o tornillo que permite apretar o aflojar la hoja.

Tijeras de Mano

Una de las herramientas más útiles para cortar metal laminado delgado es la tijera de mano o de lámina. Está fabricada de acero para herramientas con alto grado de dureza y su hoja puede ser recta o curva con filos cortantes afilados a un ángulo aproximado de 85°. Es oportuno resaltar que para láminas con espesores inferiores a 1,5 mm se recortan con la tijera de mano, mientras que para espesores superiores a dicha medida se utiliza la cizalladora.

Existen tijeras de mano para una serie de procedimientos de cortes de láminas, entre ellas se encuentran: (a) tijera recta, las cual puede cortar chapas de 1,2 mm de espesor, también se usa para el corte de metales suaves como las aleaciones de aluminio; (b) tijera de corte circular, usada específicamente para cortar círculos o arcos pequeños; (c) tijera de pico de gavilán, empleada para realizar cortes de arcos con formas especiales como espirales y óvalos, los cuales son formas propias del trabajo artístico en metales y; (d) tijera de aviación; utilizada para el corte de círculos de diámetros pequeños y fabricación de arandelas.  

Brocas

Hacer un agujero o perforar una pieza de metal es considerada una operación simple, pero en la mayoría de los casos es un trabajo importante y preciso. Un gran número de herramientas y máquinas diferentes han sido diseñados de manera que puedan hacer agujeros o perforaciones con rapidez, precisión y economía en toda clase de materiales. La herramienta más común para hacer este tipo de actividades es la broca helicoidal, la cual es una pieza cilíndrica de acero con ranuras en hélice o en espiral que en uno de sus extremos termina en punta, mientras que el otro tiene una forma particular con la que puede ajustarse a la máquina de taladrar o taladradora.

En la broca helicoidal hay que distinguir: (a) la cola o mango y, (b) el cuerpo y la boca o punta. La primera es la parte de la broca por la cual se fija a la máquina. Por lo general es cilíndrica o cónica, pero puede tener otras formas dependiendo del tipo de ajuste de la máquina. Si es cilíndrico, corresponde con el diámetro nominal de la broca, suele emplearse para brocas menores de 15 mm. Si es cónico presentan formas de tronco de cono y no tienen dimensiones cualquiera, sino que están normalizadas. Los más usados son los cono Morse, que se designan según su tamaño con los números del 0 al 7. Los mangos también poseen una mecha o lengüeta, que es el extremo del mango que tiene forma aplanada que sirve para ajustarse a una ranura especial para ayudar al arrastre de la broca. 

El cuerpo es la parte de la broca comprendida entre el mango y la punta. Lleva una o más ranuras en forma de espiral o hélice. El espesor central que queda entre los fondos de las ranuras se llama núcleo o alma, la cual va aumentando hacia el mango, son cada vez menos profundas y se elaboran así para darle más robustez a la broca. En el cuello (marcado con circulo rojo); rebajo que llevan las brocas al final del cuerpo junto al mango, suele ir marcado el diámetro de la broca, la marca del fabricante y algunas veces el acero de que esta construida.

La punta o boca es la parte cónica en que termina la broca y sirve para efectuar el corte. En la punta deben distinguirse el filo transversal y el labio o filo principal.

El filo transversal es la línea que une los fondos de las ranuras en el vértice de la broca. El ángulo que forma con las aristas cortantes es de 55° para los trabajos normales. Por otra parte, el labio o filo principal es la arista cortante; une el filo transversal con la periferia. Un elemento a considerar es el destalonado del labio, el cual es la caída que se le da a la superficie del labio por donde se afila, rebajando el talón. En el destalonado correcto está la clave para obtener un buen rendimiento con la broca. Por último el ángulo de punta es el comprendido entre los filos antes mencionados.

 

Cortafríos

Las operaciones de cincelado tienen por objeto desprender una cantidad de metal mediante una herramienta de corte conocida como Cortafríos o Cincel, con la ayuda del martillo. Es una barra en forma de cuña y construida de acero para herramientas. Suelen ser fabricadas de barras rectangulares de distintos tamaños según el trabajo que se debe realizar. La longitud más corriente es de unos 150 mm.

Las partes principales de un cincel son la cabeza, el cuerpo y el filo. La cabeza es la parte en el cual se golpea. Suele ser de forma cónica y bombeada para evitar que se deformen y puedan lastimar las manos de los operarios e incluso los ojos, si se desprende bruscamente fragmentos de metal.

El cuerpo es la parte central por donde se empuña. Es de sección rectangular u ovalada para que pueda manipularse y no deslice o resbale en la mano, como podría suceder si fuese de sección circular. A veces se emplean otros perfiles, sobre todo el hexagonal.

El filo es la parte más importante del cortafríos, no solamente porque con ella se realiza directamente el trabajo, sino porque de no estar afilado correctamente no tendría buen rendimiento y produciría un trabajo defectuoso. La arista cortante o filo debe tener el ángulo conveniente según el material que se corta. Para fundiciones y bronce, el ángulo debe ser de 60° a 70°, mientras que para aceros de bajo carbono y otros metales, de 50 a 60°. 

Herramientas de Roscado

 

Una rosca exterior (tornillo) o interior (tuerca) puede hacerse de dos (2) maneras; a mano o a máquina. Las máquinas que se emplean generalmente son tornos o máquinas especiales para roscar. Para el roscado a mano de tuercas se usan los Machos para Roscar y para hacer tornillos se emplean las Terrajas de Roscar.

 

Machos de Roscar

Son tornillos de acero con canales o ranuras longitudinales, cuyas dimensiones son las apropiadas para la rosca que deba hacerse. Se emplean generalmente juegos de tres (3) machos (a veces de dos), repartiéndose el tallado del material. El primer macho es cónico en casi toda la longitud y sirve para abrir paso a los otros. El segundo sólo es cónico hasta la mitad y el tercero es cilíndrico casi en toda su longitud. Las ranuras que llevan los machos en la parte roscada sirven para dar al macho los ángulos de corte apropiados y permitir la salida de la viruta que se corta en la operación. 

En el mango llevan una forma cuadrada para ser volteados en la operación de roscado por unos accesorios llamados bandeadores, los cuales  pueden ser de agujero fijo o regulable para diversos tamaños.

Terrajas

Son tuercas de acero templado enteras o en mitades que sirven para el roscado de tornillos. Al igual que los machos de roscar están provistos de ranuras y los dientes también son destalonados; así mismo llevan en uno de sus costados unos números y unidades que identifican el diámetro y paso del tornillo. Las terrajas pueden regularse entre ciertos límites por medio de uno o varios tornillos.

Herramientas de Impacto

 

Las operaciones de impacto consisten en aplicar una fuerza determinada para golpear un material y modificarlo dependiendo de la finalidad a la que estará destinado el objeto a construir. Es un proceso desarrollado comúnmente en los trabajos de forja, donde al calentar el metal a ciertas temperaturas para ser doblado o moldeado, se requieren del uso de herramientas de impacto para facilitar su modificación y ajustarla a determinadas medidas o formas especiales. Entre las principales herramientas se destacan los martillos y los mazos.

 

Martillo

Es una herramienta de impacto construida de acero que pesa por lo regular de 0,5 a 2 Kg. Se emplea para muchos fines como enderezar, doblar y alargar los metales, tanto en frío o temperatura ambiente como en caliente. Se usa también para remachar y dar golpes a los cortafríos o buriles para cortar o cincelar piezas. Se compone en tres (3) partes: (a) la cara o cabeza, (b) el ojo y, (c) la peña y cuña, que en su efecto puede ser en forma de bola.

Se usa la cabeza para golpear sobre algunas herramientas como yunques y prensas o hacer ceder el material en todas las direcciones. Se emplea la cuña si se quiere separar el metal en una sola dirección, mientras que la bola se usa para remachar o curvear.

El ojo debe tener una cierta conicidad de adentro hacia afuera, para que la cuña que se pone en el mango para fijarlo con seguridad, pueda hacer el máximo esfuerzo. El mango se hace de madera dura (samán, roble o nogal) y debe ser proporcionado al grueso del martillo. Es necesario que su sección sea elíptica para que tenga mayor resistencia, sea cómodo su manejo y no gire en la mano del estudiante. 

Mazos

Es una herramienta de impacto que a diferencia del martillo, puede ser construido de plomo, fibra, plástico, goma e incluso madera. Se utiliza para trabajos especiales como el montaje de piezas acabadas, enderezamiento de chapas o para golpear metales dulces.

Es preciso destacar que la forma de la cabeza de los mazos depende del tipo de actividad a la que será sometida; si es para golpear metales la superficie de la sección debe ser un poco convexa (puede ser de plomo o fibra), mientras que para el montaje de piezas acabadas la superficie de la sección será plana para evitar que se resbale el mazo producto de la fuerza de impacto (use las cabezas de goma o madera).

 

Herramientas de Sujeción

 

Todas las herramientas antes señaladas corresponden en gran medida con los trabajos de ajuste mecánico; los cuales consisten en adaptar dos o más piezas que deben trabajar dentro de otra. Éstos pueden ser muy complejos, pero para realizarlos completamente deben hacerse una serie de operaciones sencillas como el limado, corte, desbaste, cincelado, taladrado, roscado, entre otras; dependiendo del tipo de trabajo que se desarrollará con el metal. La mayoría de estas operaciones básicas requieren del uso de unas herramientas muy eficaces para trabajar cómodamente sosteniendo las piezas elaboradas y así facilitar el manejo de otros aparatos o máquinas manuales que permitan la ejecución de dichas operaciones. Estas herramientas se conocen como Banco del Ajustador, Tornillo o Prensa de Banco, Prensas para Trabajos Especiales, Llaves fijas y Alicates. Estos aparatos serán mencionados a continuación.

 

Banco de Ajustador

Se le considera una herramienta, por ser el puesto de apoyo a otras quienes ejecutarán las operaciones básicas para los trabajos de ajuste mecánico. Generalmente es construido de madera o también de madera y de metal combinados. Su fabricación debe ser sólida, su altura oscila entre los 80 a 90 centímetros y su ancho de 70 a 80 centímetros. Puede ser sencillo o doble dependiendo del tipo de actividad y del espacio del ambiente de trabajo. En los talleres educacionales se utilizan comúnmente los bancos de ajustador dobles para facilitar la supervisión de los estudiantes al momento de efectuar las operaciones antes descritas.

En el banco del ajustador se fijan los tornillos de banco, los cuales no deben estar demasiado juntos unos con otros; de disponer un espacio suficiente, es conveniente colocarlos a 1,50 metros. La mayor o menor separación dependerá del tipo de trabajo normal a desarrollar. En los bancos dobles es recomendable que haya en el centro una pequeña repisa a manera de separación, no más alta de 20 centímetros, con la finalidad de proteger los estudiantes que trabajan uno frente al otro, sino también para colgar en ellos unos marcos con los dibujos de las piezas a fabricar o reparar.

 

Tornillo de Banco

Es una herramienta que sirve para sujetar las piezas que se han de trabajar. Hay dos (2) tipos principales como son: (a) Tornillo de banco articulado y (b) Tornillo de banco paralelo. Para ambos tipos poseen como partes una mordazas para sostener las piezas y evitar que se deslicen; un husillo o manivela que gira para abrir y cerrar las mordazas y un soporte que puede ser fijo o giratorio. Para efectuar operaciones que requieren que no se deforme la pieza trabajada, se utilizan unos accesorios conocidos como mordazas lisas, las cuales son chapas de plomo o de latón que se colocan encima de las otras para evitar rayar o deformar la superficie del objeto que han de ser ajustadas.

Tornillo de banco articulado: Este tornillo se construye de acero forjado y es muy resistente, siendo el indicado para trabajos de cerrajería y forja. No son apropiados para trabajos de ajuste mecánico, debido a que sus mordazas no se conservan paralelas al abrirse y por tanto no se sujetan adecuadamente las piezas o se deforman si se aprieta demasiado. 

Tornillo de banco paralelo: Este tipo de tornillo se construye de hierro colado o de acero fundido. Éste es más caro pero resulta más resistente. Las diferencias esenciales entre este tornillo y el articulado es que las mordazas siempre quedan paralelas en cualquier abertura, sujetando en perfectas condiciones las piezas de diversos tamaños y que dichas mordazas tienen unas estrías o surcos cruzados para sujetar las piezas sin necesidad de ejercer demasiada presión sobre ellas.

 

Prensas para Trabajos Especiales

Son una gama de herramientas que cumplen las mismas funciones que los tornillos de banco, pero se implementan para sujetar piezas metálicas con ciertas particularidades. Entre ellas se encuentran: (a) las de banco asimétrico, la cual se emplea para sujetar piezas largas; (b) las de mordazas para tubos, que es muy práctica y casi indispensable para trabajar con tubos de sección circular, puesto que sus mordazas de forma rómbica evita que el material se deforme; (c) de mano o entenallas, la cual sirve para sujetar piezas que por sus características especiales o por el trabajo que debe hacerse con ellas, es necesario tomarla con la mano; (d) para achaflanar, que es utilizado como accesorio del tornillo paralelo para sujetar piezas en posición inclinada y así podemos limar horizontalmente o diagonalmente dependiendo de la inclinación que deba tener el chaflán; (e) para sujetar redondos, muy empleada para operaciones de roscado de ejes y limado de aristas en piezas cuadradas; por último, (f) la prensa en “C”, usada para sujetar materiales como chapas, planchas o tubos de sección cuadrada para facilitar su corte, perforado o unión por medio de la soldadura eléctrica al arco (SEA) u oxiacetilénica (SOA). Éstas pueden encontrarse comercialmente en forma fija o con correderas.  

Llaves

Son herramientas construidas de acero que sirven ordinariamente para apretar o aflojar tuercas o tornillos. Existen de variadas formas: (a) las llaves de una o de dos bocas; (b) las llaves de tubos, las cuales se emplean en lugares inaccesibles para otras herramientas de sujeción; (c) llaves de estrella, usadas cuando sólo es posible un pequeño desplazamiento de la llave; (d) llave universal, que posee un tornillo sinfín en el costado para el ajuste del brazo móvil a tuercas y tornillos de cualquier medida; (e) llaves para tubos, empleadas para piezas redondas macizas y (f) las llaves de ajuste automático.

Alicates

El alicate corriente tiene múltiples aplicaciones: Sujetar chapas, cortar pequeños alambres y apretar o aflojar tuercas o tornillos de bajo diámetro. Con relación a este último caso, los alicates sólo deben ser empleados en aquellos caso en que no pueden usarse las llaves, pues con facilidad podrían dañarse las aristas de las tuercas o tornillos.

 

Máquinas – Herramientas más usadas en los Talleres Educacionales

 

Para la elaboración de una cierta cantidad de trabajos o productos en serie bajo un margen de tiempo específico se requieren de unos aparatos que funcionan con diversos dispositivos impulsados por energía eléctrica o por mecanismos hidráulicos o neumáticos; éstos son conocidos como máquinas – herramientas.

Las máquinas – herramientas permiten que los operarios agilicen las operaciones de mecanizado de los productos o piezas manteniendo un alto rendimiento, garantizando la calidad de los productos fabricados y de los procedimientos para su construcción. No obstante, requiere de un adiestramiento previo en el manejo adecuado de éstas a fin de evitar accidentes y enfermedades ocupacionales. En párrafos posteriores se plantearán las recomendaciones de mantenimiento y limpieza de estos aparatos, así como también los equipos de protección personal indicados para ciertos procesos. Entre las máquinas – herramientas de uso común para el trabajos con metales se destacan las siguientes:

 

Taladros de Columna

Son máquinas – herramientas destinadas a hacer agujeros o perforaciones por medio de las brocas. Suelen poseer varias velocidades comprendidas entre ciertos límites. Los taladros de columna deben tener un soporte general o bancada, una superficie o dispositivo para fijar las piezas a taladrar, los mecanismos para obtener los distintos números de vueltas de la broca según el tipo de material y el diámetro del agujero o perforación, un volante para obtener el avance de la broca contra la pieza y los dispositivos para la sujeción de la broca.

Estas máquinas – herramientas funcionan a través de un motor montado sobre un brazo en la parte posterior del conjunto de la cabeza. Su caja de velocidades puede estar diseñada por enlace de correas en “V” y un ajuste de sus poleas impulsadas por el motor y el eje para obtener la velocidad deseada. También existen taladros de columna que funcionan a través de un juego de engranajes que son movidos por el motor para el avance del eje portabrocas.

Para sujetar las brocas; las cuales son de mango cilíndrico y de diámetro pequeño en su mayoría, se fijan con un portabrocas que además de sujetarlas fuertemente, se centran para girar en su propio eje. Este accesorio puede ser de varias formas y construcciones; para máquinas pequeñas y rápidas se utiliza un portabrocas de ajuste rápido, puesto que no necesita llave para apretar o aflojar la broca. Para máquinas de gran tamaño, conviene emplear portabrocas de llave para fijarlas con mayor seguridad.

Cuando el cono de la broca es menor que el del husillo se colocan unos Manguitos que tienen forma de tronco de cono, tanto exterior como interiormente. Para retirar los manguitos y los portabrocas se utilizan unas Cuchillas en forma de cuña que también pueden sujetarse a la máquina con una cadena para que el estudiante que cumple funciones de operario pueda tenerla disponible y efectuar el cambio adecuado de los dispositivos de sujeción.

Sólo cuando las piezas sean de tamaño y peso suficientes para impedir que el esfuerzo producido por la broca las haga girar, podrán apoyarse en la mesa o plato y sujetarlas con la maño. Para piezas pequeñas se sujetarán con tornillos de máquina, los cuales son anclados en la superficie de la mesa con tornillos  para evitar el movimiento de las piezas.

Taladro Eléctrico Portatil

Los taladros portátiles se construyen en infinidad de modelos y tamaños. Se emplean para taladrar en el montaje de estructuras metálicas, para lugares inaccesibles a las máquinas normales o en piezas de gran volumen que no pueden colocarse con facilidad en otras máquinas. 

Esmeril de Pedestal

Es una máquina – herramienta diseñada para operaciones de limado de piezas, afilado de cinceles, brocas y cuchillas para corte y rectificado de superficies metálicas de pequeñas dimensiones. Generalmente está provisto de unas ruedas abrasivas o muelas; una de grano áspero y otra de grano fino, las cuales harán las funciones de desbaste por medio del movimiento de un eje que es accionado a través de un motor.

Además posee unas guardas o carcasas de fibra de vidrio para la protección del estudiante al momento de efectuar las operaciones antes citadas. Como parte de sus accesorios posee un cepillo de alambre que puede sustituir una de las muelas abrasivas para pulir las piezas mecanizadas. 

 

Tronzadora

La tronzadora es una máquina – herramienta muy útil en los talleres educacionales empleada para cortar piezas metálicas macizas o tubulares de cualquier sección o tamaño dependiendo de la finalidad a que será sometido el objeto y de la dureza del material trabajado. Es accionado a través de un motor colocado en la parte posterior de la máquina y una caja con tres (3) velocidades que son reguladas de acuerdo al grosor y grado de dureza del material. Posee una manivela para el movimiento vertical del disco y una mesa con un tornillo de máquina para sujetar la piezas a cortar.

Dobladora de Láminas y Tubos

En muchos de los procesos desarrollados en los talleres de producción es considerada como una máquina – herramienta ya que tiene provista unas planchas rectificadas que cumplen la función de facilitar el doblado de láminas mediante un brazo móvil accionado a través de una manivela o de mecanismos neumáticos para hacer contacto del metal a doblar con la bancada o mesa. En el caso de la dobladora para tubos posee unos dispositivos curvos que pueden ser sustituidos de acuerdo al diámetro de los tubos o cabillas, permitiendo así el doblado de éstos sin cortarlos o deformarlos al producirse el esfuerzo de flexión.

Cizalladoras

La cizalladora es comúnmente empleada en los trabajos de construcciones metálicas; su función es cortar láminas o cabillas de diversos calibres. Hay modelos de cizalladoras para trabajos específicos, como por ejemplo para cortar cabillas y barras de diámetros no superiores a 1”, objetos muy utilizados en las actividades de construcción civil. A través del accionamiento de un motor colocado en unos de los extremos de la máquina – herramienta, impulsa el movimiento de unas cuchillas que harán las operaciones de corte, mientras que las piezas a cizallar están colocadas en la mesa sujetadas por mecanismos de imantado o por bridas de sujeción en caso de ser piezas de gran tamaño.

Al efectuar el corte, las cuchillas regresan a su posición inicial por medio de unos gatos neumáticos. También existen modelos más convencionales como las cizalladoras de palanca, que mueven una cuchilla a través de un volante o manivela que hace presión sobre la pieza y así efectúa el corte de la misma.

 

Máquina de Soldar

La soldadura eléctrica por fusión se emplea principalmente para unir entre sí piezas de hierro o acero. Para que el procedimiento pueda efectuarse se emplea el calor producido por el arco eléctrico para la fusión del material en el sitio que se quiera soldar.

La máquina de soldar es un aparato que cumple funciones de transformador de corriente eléctrica a fin de suministrar la energía necesaria para producir un efecto conocido como Arco Eléctrico. Esta máquina posee dos (2) bornes; uno de ellos lleva una tensión que se une eléctricamente con la pieza a soldar a través de un cable. El otro borne sujetado a través de otro cable, tiene una Pinza Portaelectrodos y ésta sujeta a ella un material de aporte denominado Electrodo. El arco eléctrico se establece al cerrar o abrir el circuito de corriente en el punto de contacto entre la superficie de la pieza y el electrodo. Su elevada temperatura (que puede ser entre 3500 °C y 4000 °C) conduce rápidamente a la fusión del material en el punto a soldar. La unión se consigue mediante el goteo del alma del electrodo por la abertura de la junta.    

5 comentarios to “3. Trabajos con Metales”

  1. Amabeiry soler Says:

    De acuerdo con esta sección compartiré con ustedes la siguiente información: Sugún Bustamante (1993), El ciclo de trabajo de toda máquina de soldar esta basada en un intervalo de 10 minutos.
    dicha máquina esta diseñada para proporcionar 250 amperes de soldadura al 40% del ciclo de trabajo, esto quiere decir que la máquina puede ser operada con seguridad con una corriente de 250 amperes durante 4 minutos, descansando los próximos 6 para enfriamiento a medida que se reduce la corriente de salida de la máquina.

    referencia:

    Bustamante, J (1993). Instructivo de operación. Mexico,

  2. Yerli.Salazar Says:

    Salazar.Yerli
    Para la realización de cualquier trabajo en metal se utiliza acero, hierro y aluminio. En este caso en el taller de clases se utilizo una lámina de hierro, la cual es una de las presentaciones de este metal. En la realización de la unión de esta lámina se utilizo remaches que según Gustin (1980) estos son “una pieza de unión compuesta de un cuerpo cilíndrico y de dos cabezas, que pueden ser semiesféricas o troncocónicas” (pag.20).Esto quiere decir que esta pieza es muy útil en el taller; para poder unir una pieza con facilidad en el trabajo en frio, y es un método sencillo y practico. Al utilizar remaches se debe tener en cuenta el grosor de la pieza, ya que este no debe ser mayor a la de la lámina en este caso utilizada en el taller. Existe una amplia gama de remaches y cada tipo, dentro de esta, posee características particulares adecuadas a las aplicaciones específicas para las cuales han sido diseñados.

    Ernest Gustin – 1980.Estructuras Metálicas. Primera Edición .Barcelona

  3. Mariela Torrealba Cortez Says:

    Los metales son muy utilizado en casi todo en nuestras vidas, ya sea para la producción de casa, edificios, escuelas, entre otros, para el trabajo o manipulación del mismo se utilizan muchas herramientas que permiten ser cortadas, dobladas, y podeterior unión con otras piezas de metal para la ejecución de un objeto. Para realizar esto se necesita de una maquina de soldar, es por ello que su buena utilización dará mejores resultados, pero ahora bien, para llevar acabo la soldaduras se utilizan unos electrodos que vienen en distintos tamaños. Para ser la elección correcta Gachino (2007) dice: “el electrodo debe tener un diámetro aproximadamente igual al espesor de las piezas o soldar” (297), ya que esto permite que los puntos de la soldadura sean de mayor agarre a las superficie a soldar.
    Referencias:
    Giachono, J (2007).Técnica y practica de la soldadura. Editorial Reverté. Barcelona – España.

  4. jose luis rojas serrano Says:

    saludos, me gustaria estudiar la rama de la metalurgica muy buena su pagina excelente me gustaria si venden un manual como el de esta pagina de Internet tengo una herreria y una fundacion para ensenar este oficio a jovenes y adulto sin oficio o empieo DIOS les bendiga.atte jose luis.Rojas Serrano.les Envio mi correo Electronico

  5. userloco123 Says:

    Muy buena info!

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