Cómo funciona el conformado de metales automotrices

La profesión de herrero se remonta a muchos miles de años. En la antigüedad, el herrero golpeaba el metal con un martillo para convertirlo en objetos útiles, a menudo calentando primero el metal en una fragua. 

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 trabajar el metal en objetos utilizables ahora se realiza principalmente a máquina. En ninguna parte es más importante este arte de la formación de metales que en la industria de fabricación de automóviles, donde cada pieza de metal, desde la carrocería del automóvil hasta la tuerca más pequeña de la rueda, se crea mediante procesos industriales de formación 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.

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¿Cómo funciona el conformado de metales? 

Es fácil entender cómo un herrero moderno puede dar forma al metal con un martillo mecánico y un soplete de oxiacetileno, pero ¿cómo puede una máquina hacer estas cosas? En este post, 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 formación de metales que se están desarrollando hoy nos ayudarán a construir los automóviles del mañana.

Tecnologías de formación de metales automotrices

Una de las cosas más importantes del metal es que puede sufrir deformaciones plásticas. 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 una pieza en blanco, una cantidad de metal en alguna forma básica que sufrirá el cambio de forma. El espacio en blanco se convierte en la pieza de trabajo, la pieza de metal que se va a remodelar, en el proceso de formación de metal. Para el conformado de metales para automóviles, la pieza inicial suele estar hecha de láminas de metal, que se pueden 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. Aquí hay algunas formas en que una pieza de trabajo de metal puede deformarse durante el proceso de fabricación automotriz:

• Doblado: Al doblar, se aplica fuerza a una pieza de trabajo de chapa para producir una curvatura de la superficie. El plegado se usa generalmente para producir superficies curvas simples en lugar de complejas. Una prensa operada mecánicamente impulsa un punzón contra una 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.
• Trefilado: en el trefilado, la hoja de metal se fuerza contra un troquel que se ha cortado en la forma tridimensional, a menudo curva, que debe tomar la hoja de metal. 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 accionado hidráulica o mecánicamente. Hay una serie de peligros involucrados, no tanto para las personas (dado que el proceso es en gran parte mecanizado) sino para el metal mismo. Puede agrietarse 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 el troquel, evitando la posibilidad de que se arrugue. Alternativamente, los bordes arrugados se pueden recortar del metal en una operación separada. Este método se usa comúnmente para fabricar piezas 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 moldear el metal en varias formas. Esto se usa comúnmente para hacer 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 a la fuerza en un troquel con un orificio en el extremo opuesto. El metal se extruye a través del orificio para formar la forma. La extrusión se puede usar para fabricar partes importantes del tren de transmisión de un automóvil o los anclajes que sujetan los cinturones de seguridad en su lugar.
• Forjado: 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 martilla 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 costosas que puedan soportar el calor y deben hacerse rápidamente, para minimizar la exposición de la matriz al metal fundido.

Ahora veremos cómo las tecnologías modernas de conformado de metales están impulsando la fabricación de automóviles hacia el futuro.

Avances en la formación de metales automotrices

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

Ellas guían el proceso. Se puede usar una computadora para tomar decisiones en fracciones de segundo para guiar las operaciones de formación 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 en la operación para producir la forma terminada.

Simulan el proceso. Se puede usar una computadora para simular las fuerzas físicas involucradas en la formación de metales, de modo que se puedan inventar nuevas operaciones de formación de metales sin tener que usar maquinaria costosa para experimentar con nuevas ideas. El software de simulación sofisticado está disponible para replicar las operaciones de formación 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 la formación de metales. Muchas de las nuevas tecnologías de formación de metales se basan en una comprensión profunda de la microestructura de varios tipos de metales y los procesos físicos que ocurren dentro del metal sujeto a presión y calor. Algunos de los nuevos procesos son híbridos de procesos antiguos. También ha habido un movimiento hacia los procesos con metales calientes, que permiten el uso de metales que no se prestan bien a los procesos en frío.

Estas nuevas tecnologías permiten innovaciones tales como el uso de metales más livianos que aún conservan la resistencia de las piezas automotrices tradicionales. Esto es útil, por ejemplo, en la fabricación de vehículos eficientes en combustible o vehículos eléctricos de batería donde la carrocería del automóvil debe ser lo más liviana posible para compensar el peso considerable del conjunto de baterías. Estas tecnologías también permiten que las autopartes se fabriquen de manera más económica 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 genera un flujo eléctrico en el metal mismo, se pueden utilizar para acelerar el proceso de conformado sin que se produzcan las roturas y arrugas resultantes que normalmente se producirían. Esto permite el uso de procesos que antes no eran posibles en la formación automática de metales.

En los años transcurridos desde que Henry Ford demostró la viabilidad de la fabricación en línea de montaje económica de automóviles y autopartes, la ciencia y la tecnología del conformado de metales han recorrido un largo camino para mostrar a la industria de fabricación de automóviles cómo producir automóviles extraordinarios sin un precio extraordinario, gracias al mecanizado CNC y al transporte de piezas con empresas de transporte y logística  como la de Aníbal Blanco que se especializa en el reparto y hace posible que de la fábrica de metales, llegue a la planta de ensamble de coches en óptimas condiciones y tiempos.