Fabricación de aluminio
Las aleaciones de aluminio se suministran normalmente como productos semielaborados, como láminas, planchas, bobinas, extrusiones, tubos o alambres. Todas las formas pueden luego fabricarse fácilmente en productos terminados utilizando una amplia gama de procesos.
Se ofrecen una variedad de servicios de corte y prefabricación, incluyendo corte longitudinal de bobinas, corte a medida de chapa y plancha, cortes a medida de extrusiones y tubos, pulido, recubrimiento, taladrado, ranurado, plegado y preparación de bordes para soldadura.
Calificaciones, Temperamentos y Doblabilidad
Al producir un producto de aluminio, la selección del grado debe hacerse considerando no solo la durabilidad de la aleación en servicio, sino también si el producto se puede fabricar fácilmente con ese material.
Aunque la conformabilidad de una aleación de aluminio se relaciona directamente con el tipo de aleación, el temple de cada aleación puede cambiar las propiedades de tal manera que el mismo grado puede ser perfecto para una aplicación determinada en un temple y completamente inadecuado en otro.
Las propiedades generales de fabricación de las diversas series de aleaciones se presentan en la Tabla siguiente.
Para aleaciones no tratables térmicamente, se imparte resistencia adicional a la aleación mediante el endurecimiento por deformación. Luego, la aleación se puede ablandar a las propiedades deseadas calentando en una etapa de recocido.
Para las aleaciones tratables térmicamente, la resistencia se confiere mediante calentamiento seguido de enfriamiento rápido y envejecimiento. El enfriamiento rápido es un proceso de enfriamiento rápido que utiliza aire o agua.
Aleaciones y Propiedades
| Aleación | Propiedades |
| 1XXX | Excelente formabilidad, soldabilidad y resistencia a la corrosión. Baja resistencia. |
| 2XXX | Excelente maquinabilidad y alta resistencia. Pobre conformabilidad, soldabilidad y resistencia a la corrosión. |
| 3XXX | Moldeable, resistente a la corrosión y soldable. Resistencia moderada. |
| 4XXX | Moldeable, soldable, resistente a la corrosión. |
| 5XXX | Moldeable, soldable, excelente resistencia a la corrosión. |
| 7XXX | Mecanizable, baja resistencia a la corrosión y soldabilidad. Alta resistencia. |
| 8XXX | Excelente formabilidad. |
Cortando
El aluminio se puede cortar mediante muchos métodos diferentes, dependiendo de la forma y el formato del aluminio. La placa de aluminio se corta con varios tipos de sierra, y también con láser, plasma o chorro de agua para producir tamaños terminados que pueden tener formas intrincadas. La ventaja del corte por chorro de agua es la falta de calor y, por lo tanto, ninguna alteración de las propiedades del aluminio.
La extrusión y el tubo de aluminio se cortan habitualmente con hojas de sierra circular con punta de carburo. El corte con sierra puede mejorarse utilizando cera en barra en la hoja para mejorar la lubricación. Otros métodos de corte incluyen el corte con sierra de cinta y el cizallado.
Zw Metal Materia’l suministra rutinariamente placas cortadas a medida, incluyendo círculos, anillos y formas irregulares.
Limado y rectificado
Los archivos normales y las muelas abrasivas se obstruyen con limaduras de aluminio. Al limar aluminio de forma tosca, la lima debe tener dientes curvos de corte profundo con solo alrededor de 4 dientes por centímetro. Se puede usar una lima de torno de ángulo largo con 6 a 8 dientes por centímetro para trabajos más finos y debe limpiarse con un cepillo de alambre. Se puede frotar tiza en la lima para reducir la obstrucción y la inmersión en una solución de sosa cáustica al 20 %% disolverá el aluminio y limpiará los dientes. Para el rectificado, se pueden usar ruedas especializadas. Para desbastar, use discos cubiertos de fieltro, cuero o goma con abrasivo de esmeril o corindón de grano 60 a 120 y un lubricante de parafina. Para el rectificado fino, use abrasivo de esmeril de grano 160 a 320 y pequeñas cantidades de lubricante.
Doblado
- El aluminio se puede doblar utilizando cualquiera de una serie de técnicas diferentes. La elección de la más apropiada viene dictada por factores como la forma y el temple de la aleación en cuestión.
- La forma más común de aluminio que se dobla es el tubo. Cuando se va a doblar un tubo, se debe especificar tubo estirado, ya que se dobla de manera más uniforme y con tolerancias más ajustadas que el tubo extruido.
- Se utilizan cuatro métodos principales para doblar aluminio:
- Curvado en tres rodillos
- Flexión de tres puntos
- Doblado por envoltura y mandril
- Conformado por estiramiento
Curvado con tres rodillos
Tres curvadoras de rodillos utilizan un rodillo central que es móvil y se deprime gradualmente sobre la pieza de trabajo hasta que se logra el radio deseado.
Flexión de Tres Puntos
Similar al curvado con tres rodillos, el curvador de tres puntos puede aplicar una carga mediante un impacto o gradualmente. Tanto el curvado con tres rodillos como el curvado de tres puntos se utilizan en perfiles resistentes.
Curvado por envoltura y mandril
Las dobladoras de enrolle y mandril utilizan formadores y herramientas de soporte para doblar el aluminio en radios cerrados, minimizando al mismo tiempo el pandeo. En el doblado por enrolle, el formador se mueve alrededor del perfil. El doblado por mandril se diferencia en que el perfil se mueve alrededor del formador.
Estirado en frío
Los formadores de estiramiento trabajan con la sección en tensión, enrollándola alrededor de un formador. Con la sección en tensión, la falla por compresión se minimiza.
Radios de curvatura
Para evitar grietas al doblar aluminio, se debe considerar el radio de doblado.
Los radios de curvatura mínimos permitidos son funciones de la aleación, el temple, las dimensiones de la sección transversal, el uso de mandril y el acabado superficial requerido. Por lo tanto, no es posible dar reglas estrictas para los radios de curvatura en todos los casos. Se deben consultar las tablas de radios de curvatura publicadas antes de curvar y se deben realizar pruebas prácticas antes de curvar la pieza de trabajo.
Unirse
La forma más común de unir aluminio es mediante soldadura. La mayoría de las aleaciones de aluminio se pueden soldar fácilmente una vez que se tienen en cuenta un par de factores.
La resistencia a la corrosión del aluminio se debe a una dura capa de óxido en la superficie. Esta capa de óxido tiene un punto de fusión más alto que el aluminio y debe eliminarse antes de soldar. Se elimina mediante medios químicos, mecánicos o eléctricos y debe evitarse que se reforme antes de que se pueda completar la soldadura.
Debido a la alta conductividad térmica del aluminio, el calor debe aplicarse a una velocidad cuatro veces mayor que la necesaria para el acero. Tiene un coeficiente de expansión lineal el doble que el del acero, lo que debe tenerse en cuenta al soldar material que ha sido restringido.
El aluminio tiene un punto de fusión relativamente bajo y, a diferencia del acero, no cambia de color a medida que se acerca su punto de fusión.
Por consiguiente, se debe tener cuidado de no sobrecalentar y/o fundir el aluminio durante los procesos de unión. La soldadura tiende a reducir las propiedades mecánicas del aluminio en la zona afectada por el calor. Esta zona se extiende aproximadamente 25 mm desde la soldadura.
Juntas Mecánicas
Desde pequeñas embarcaciones de aluminio hasta aeronaves, el remachado todavía se utiliza para realizar uniones. El remachado, el atornillado y el empernado pueden producir uniones de alta resistencia sin distorsión ni pérdida de resistencia y requieren menos habilidad que para otros métodos de unión.
Las aleaciones de aluminio utilizadas para remaches incluyen 2017A, 2024, 5056, 5052, 5754, 6061, 6082 y 7075.
Estampación profunda
El estampado en frío es un método de fabricación común para el aluminio y es el proceso utilizado para fabricar uno de los productos de aluminio más comunes del mundo: las latas de aluminio. El estampado en frío utiliza fuerzas extremadamente altas para empujar una lámina o pieza en bruto de una aleación relativamente blanda en una cavidad de estampado hembra. Se utilizan varias etapas en el proceso y se requiere una lubricación adecuada.
El embutición es un método de fabricación valorado ya que produce un producto sin costuras. Debido al método de conformado, los productos fabricados por embutición tienen esencialmente forma de copa. Las aleaciones de aluminio utilizadas para la embutición incluyen 3003, 5005 y 5052.
Maquinabilidad
Aunque es fácilmente mecanizable, el aluminio tiene un alto coeficiente de fricción y un alto coeficiente de expansión térmica. Esto significa que se requiere un enfoque especial, incluido el uso de herramientas pulidas con diferente geometría y buena lubricación para evitar el estrés térmico. La aleación de aluminio 2011 se conoce como aleación de mecanizado libre (FMA) debido a sus excelentes propiedades de mecanizado. El 2011 tiene poca resistencia a la corrosión, lo que lleva a utilizar el 6262 T9 cuando se requiere una mayor resistencia a la corrosión, pero la aleación aún debe tener excelentes propiedades de mecanizado.
Tanto el 2011 como el 6262 se suministran comúnmente en forma de barra. Cuando se requiere mecanizar chapa de aluminio, el grado seleccionado es el 6082. La aleación 6082 mecaniza muy bien y produce rizos apretados de virutas cuando se utilizan rompevirutas.
Soldabilidad
Soldadura por fusión
Por razones económicas y de calidad, la soldadura MIG y TIG son los métodos recomendados para soldar aluminio.
Soldadura TIG y MIG
La soldadura TIG es adecuada para la unión de materiales de calibre más ligero con espesores de sección de aproximadamente 0.8 a
12.5 mm. También es adecuado para la unión de tuberías, conductos y soldaduras intrincadas. Las uniones pueden ser a tope, solape, de borde y filetes.
La soldadura MIG permite una alta densidad de corriente con una penetración profunda y velocidades de soldadura mayores que para la TIG. Esto significa una menor entrada total de calor y una menor probabilidad de distorsión. El proceso de soldadura TIG y MIG elimina automáticamente la capa de óxido electrónicamente. Durante el ciclo positivo de la corriente alterna, las partículas de óxido de aluminio se desprenden del baño de soldadura, permitiendo la fusión de metal libre de óxido en el siguiente ciclo.
Aún se requiere una limpieza previa de la junta para soldar para asegurar que la soldadura esté completamente libre de óxido.
Aleaciones de aporte: Los alambres de aporte para soldadura MIG y TIG se limitan a aleaciones puras de aluminio, Al-Mg y Al-Si.
Soldadura por Resistencia
Para aleaciones de aluminio, la soldadura por puntos, por costura, por hilo y por puntos son los tipos más comunes de soldadura por resistencia.
Todos resultan en juntas excelentes, particularmente con aleaciones tratables con calor de alta resistencia. La soldadura por resistencia puede ser más económica que la soldadura por fusión, pero no es adecuada para todas las aplicaciones.
Soldadura por fricción
No es infrecuente que se cree una zona frágil cuando se sueldan por fusión el aluminio y metales disímiles. La soldadura por fricción puede usarse para superar este problema. Se ha descubierto que procesos como la soldadura por fricción-agitación son adecuados para la unión de aleaciones de aluminio.
Soldadura de metales disimilares
Las grandes diferencias en propiedades como el punto de fusión, la conductividad térmica y la expansión térmica hacen que soldar aluminio a metales disimilares como el acero sea extremadamente difícil y, a menudo, imposible en entornos extremos como la reparación de barcos y las plataformas petrolíferas en alta mar. En estos casos, se utilizan juntas de transición unidas por explosión. Las juntas de transición estructural (STJ, por sus siglas en inglés) son tiras bimetálicas de material con una sección transversal que tiene una aleación de aluminio apropiada en un lado y un material disimilar como el acero en el otro. La STJ se utiliza para formar un puente de relleno entre los metales disimilares, con cada metal soldado directamente al metal correspondiente en la STJ.
Soldadura y Soldadura Fuerte
Soldadura
El recubrimiento de óxido en el aluminio y su alta conductividad térmica dificultan la soldadura. Cuanto mayor es la pieza que se va a soldar, más evidente se vuelve esto. Una pieza pequeña puede mantenerse a temperatura de soldadura, pero una pieza grande puede distorsionarse, ya que una sección puede estar caliente mientras que otra permanece fría.
Los fundentes utilizados para eliminar la capa de óxido pueden ser corrosivos y deben retirarse después de soldar. Para soldar sin fundente, la superficie debe cubrirse con fundente fundido y la superficie debajo del fundente líquido se debe lijar antes de unir las dos superficies.
Soldadura fuerte
El aluminio puede soldarse por llama, inmersión o horno siempre que se mantenga un control de temperatura preciso.
Unión Adhesiva
Como la soldadura tiende a reducir las propiedades en la zona afectada por el calor, las piezas de aluminio se unen cada vez más con adhesivos. Los adhesivos se utilizan ahora para unir aluminio en aplicaciones estructurales como pisos de aviones, paneles de carrocería de vehículos e incluso para fijar postes de alumbrado público a sus bases.
La unión adhesiva del aluminio ha cobrado importancia desde la década de 1930, cuando se observó que los adhesivos para madera de curado en caliente funcionaban extremadamente bien en las superficies de algunos metales. Las nuevas tecnologías en el área de los adhesivos sintéticos prometen aumentar aún más la importancia de la unión adhesiva para el aluminio.
Cuando se utiliza la unión adhesiva con aluminio, generalmente se encuentra que no se produce unión entre el adhesivo y el metal de aluminio. Más bien, el adhesivo se une a la capa de óxido de aluminio. El decapado ácido se puede usar como preparación de la superficie para crear una unión directamente al aluminio. La preparación de la superficie depende del tipo de adhesivo que se esté utilizando y debe realizarse de acuerdo con las recomendaciones del fabricante.
Tampoco es adecuado utilizar simplemente adhesivo en una junta que de otro modo se soldaría o se fijaría mecánicamente. El diseño de la junta para la unión adhesiva debe permitir el máximo contacto superficial entre el adhesivo y el aluminio. El diseño de la junta también debe considerar las fuerzas de carga que soportará la junta. La unión adhesiva funciona mejor cuando las fuerzas son predominantemente de cizallamiento, tracción o compresión puras. El uso de juntas solapadas es común ya que tienen una gran superficie de unión, cargan predominantemente a tracción y evitan fuerzas de despegue o pelado.
Terminando
El aluminio se puede acabar mediante procesos mecánicos, químicos, de anodizado y orgánicos. Zh Metal Materia’l cuenta con amplias instalaciones de pulido para proporcionar una gama de acabados que satisfagan todas las aplicaciones.
Acabado mecánico
El acabado mecánico implica más comúnmente el rectificado y el pulido.
El esmerilado utiliza una rueda abrasiva acoplada a una amoladora rotatoria. El método preferido es el esmerilado a baja velocidad con óxido de aluminio para evitar el sobrecalentamiento superficial. El pulido utiliza ruedas o cintas con abrasivos adheridos a ellas. Se puede incluir un paso de lustrado para eliminar cualquier marca de esmeril. Las ruedas de lustrado suelen estar hechas de discos de muselina cosidos entre sí.
Acabado Químico
Los acabados químicos reaccionan con la superficie del metal para alterar su forma. Incluyen recubrimientos de conversión y grabado. Los recubrimientos de conversión espesan la capa de óxido natural y permiten una mejor adhesión con pinturas, lacas y otros recubrimientos. Las películas de conversión química son más delgadas y baratas que las producidas por anodizado.
El grabado utiliza un químico para atacar y rugosizar la superficie del metal. Los medios de grabado pueden ser ácidos o alcalinos. Los grabadores alcalinos son más baratos y fáciles de manejar, por lo tanto, son más comunes. El más utilizado es una solución de sosa cáustica en agua. Como el grabado elimina la capa de óxido protectora, se requiere otro paso para restaurarla.
Dado que el acabado químico implica la eliminación de metal para crear un patrón o pulir, sí resulta en una ligera reducción general del grosor del metal.
Anodizado
El anodizado es un proceso electrolítico que se utiliza para aumentar el espesor de las películas de óxido superficial en el aluminio. Las películas resultantes son duras, duraderas e inertes y tienen mejor resistencia a la corrosión y resistencia en comparación con los acabados producidos por procesos químicos. Las películas anódicas suelen tener entre 5 y 25 micras de espesor, dependiendo del uso final, en particular de lo agresivo que sea el entorno de uso final. Las películas anódicas también se pueden utilizar como base para tintes de cualquier color.
Recubrimientos de Conversión de Cromato
El recubrimiento de conversión de cromato, o cromado, es un proceso que recubre el aluminio con un revestimiento químico extremadamente delgado. Este revestimiento se puede usar para impartir una mayor resistencia a la corrosión, conductividad y capacidad de unión al sustrato de aluminio.
La cromación utiliza una solución acuosa que contiene cromatos y ciertos iones activadores para disolver parte del metal base. Este metal entra en la solución como iones metálicos donde se combina con los iones de cromato y se reforma en la superficie del metal como un recubrimiento adherente.
La ventaja del cromado sobre el anodizado es que no es un proceso eléctrico. Esto significa que no es necesario hacer contacto eléctrico con la pieza y el recubrimiento se puede hacer a granel. Esto hace que el cromado sea, en general, más rápido, más fácil y, por lo tanto, más barato.
Se usan dos categorías de cromatos para el aluminio:
- Los fosfatos de cromo se utilizan principalmente en extrusiones arquitectónicas de aluminio para proporcionar una capa de unión a la pintura.
- Los óxidos de cromo se utilizan en casi todos los tipos de aluminio, incluidas las láminas, bobinas, piezas fundidas y piezas estampadas. Se utilizan para aumentar la resistencia a la corrosión y mejorar la adherencia de la pintura.
Recubrimientos orgánicos
Los recubrimientos orgánicos incluyen sistemas de pintura como recubrimientos de alquid, acrílicos, vinílicos y epoxi.
Los recubrimientos orgánicos se emplean comúnmente en el aluminio para revestimientos, toldos y latas de aluminio. Normalmente se aplican utilizando procesos continuos mientras la lámina de aluminio todavía está en forma de bobina. Dichos recubrimientos se pueden aplicar a uno o ambos lados y se puede aplicar más de un recubrimiento por lado.
