Laminado de metales especiales

¿Qué es el torneado de metales especiales?

El torneado de metal —también denominado conformado por rotación— es un proceso de conformado en frío del metal sin generación de virutas. Un disco metálico plano o un tubo preformado se sujeta contra un mandril giratorio y se va conformando progresivamente mediante rodillos o herramientas manuales hasta que la pieza en bruto adquiere el contorno del mandril. Dado que el metal se conforma en lugar de cortarse, las piezas obtenidas mediante conformado por rotación resultan sin costuras, de una sola pieza y con simetría rotacional, con un flujo de grano continuo que sigue la pared de la pieza en lugar de verse interrumpido por una soldadura.

El torneado de metales especiales aplica ese mismo principio a los materiales más difíciles de obtener, de conformar y de sustituir: aceros inoxidables resistentes a la corrosión, aleaciones de aluminio de alta resistencia, aceros al carbono resistentes al desgaste y aleaciones exóticas para altas temperaturas, como el titanio, el Inconel, el Hastelloy y el Monel.

Mientras que el estampado y el embutido profundo requieren matrices específicas y largos plazos de entrega, el conformado por rotación utiliza mandriles relativamente económicos y trayectorias de herramienta programables mediante CNC. Esa única diferencia es la razón por la que el conformado por rotación suele ser la forma más rápida y económica de convertir un plano en un componente acabado y rotacionalmente simétrico, y por la que se adapta con tanta facilidad desde un prototipo hasta una serie de producción completa.

¿Por qué elegir el torneado de metales frente a otros métodos de conformado de metales?

• Resistencia sin costuras, en una sola pieza. Una pieza metalúrgica torneada se fabrica a partir de una sola pieza en bruto, por lo que no presenta costuras de soldadura que puedan presentar fugas, agrietarse o fallar por fatiga. Esto resulta decisivo para los recipientes a presión, los equipos alimentarios higiénicos y los componentes eléctricos de alta tensión.
• Bajo coste de utillaje. Un mandril de torneado cuesta una fracción de lo que cuesta una matriz de estampación o una herramienta de embutición profunda. Los cambios de diseño suelen suponer una nueva trayectoria de la herramienta o un pequeño ajuste del mandril, en lugar de un juego de matrices completamente nuevo.
• Ahorro de material. El conformado por rotación es un proceso sin virutas. Los residuos son mínimos en comparación con el mecanizado, y las piezas en bruto anidadas pueden cortarse con láser para optimizar el rendimiento.
• Endurecimiento por deformación. A medida que el metal se conforma sobre el mandril, se produce un endurecimiento por deformación, por lo que una pared más delgada suele ofrecer la misma resistencia que una pieza fabricada más gruesa.
• Flexibilidad de diseño. Se pueden fabricar conos, hemisferios, cúpulas, cilindros, anillos con reborde, así como formas parabólicas y toroidales. Los cambios en el diámetro o el perfil resultan económicos en comparación con otros métodos de conformado de metales.
• Capacidad escalable. El mismo proceso permite fabricar tanto prototipos de una sola pieza como series de producción de gran volumen, con una calidad constante y tolerancias repetibles en todo el lote.

Materiales para el torneado de metales

El torneado de metales especiales es apto para cualquier metal dúctil. La gama de materiales que se indica a continuación cubre la gran mayoría de las necesidades industriales, y se ofrecen presupuestos para aleaciones a medida previa solicitud.

Tornado de aluminio

El aluminio es el metal especial más utilizado en el torneado, gracias a su ligereza, su resistencia a la corrosión y su excelente capacidad de conformado. Entre los grados más comunes se encuentran el 1100 y el 1060 (comercialmente puros y muy fáciles de conformar), el 3003 (buena resistencia a la corrosión y resistencia moderada), 5052 (la aleación de «calidad para anodizado» con un acabado excepcional), 6061 (alta resistencia y facilidad de mecanizado) y 7075 (resistencia muy elevada para piezas sometidas a grandes esfuerzos). El torneado de aluminio es la opción predeterminada para reflectores de iluminación, carcasas de ventiladores, salidas de ventilación, componentes de vehículos aéreos no tripulados (UAV) y radares, cajas de protección y piezas estructurales ligeras.

Laminado de acero inoxidable

El acero inoxidable para extrusión abarca la serie 300 (304, 316L, 310S) y la serie 400. La serie 300 austenítica ofrece una excelente resistencia a la corrosión, higiene, estabilidad a altas temperaturas y una amplia gama de opciones de acabado; la serie 400 martensítica ofrece una mayor resistencia que el acero al carbono a un coste menor, aunque con una menor resistencia a la corrosión. El acero inoxidable es el material preferido para equipos alimentarios y farmacéuticos, recipientes de procesamiento químico, escudos térmicos y cualquier aplicación en la que la limpieza y la durabilidad sean importantes.

Conformado por rotación de acero dulce y acero al carbono

El torneado de acero al carbono y acero dulce permite fabricar piezas rígidas, duraderas y económicas, fáciles de pintar, recubrir o galvanizar. Entre los grados más habituales se encuentran el Q235B, para fabricación general, y los aceros de alta resistencia Q355B y Q355D, para aplicaciones de alta resistencia y servicio a bajas temperaturas. Entre sus aplicaciones típicas se encuentran las carcasas de ventiladores y sopladores, los conos de los rodillos de cintas transportadoras, las cubiertas de maquinaria, las tapas amortiguadoras, las placas base y los equipos agrícolas.

Metales especiales y aleaciones a medida

Más allá de los materiales habituales, el torneado de metales especiales abre las puertas a aleaciones de alto rendimiento que muchos fabricantes simplemente no se atreven a utilizar:

• Cobre y latón: para componentes eléctricos de alta conductividad, piezas de intercambiadores de calor, obras arquitectónicas y productos decorativos.
• Titanio: ofrece una relación resistencia-peso superior y una resistencia a la corrosión excepcional. El titanio presenta una elongación limitada a temperatura ambiente, por lo que normalmente se trabaja a temperaturas elevadas por parte de operarios con experiencia en este material.
• Inconel, Hastelloy y otras aleaciones de níquel: para entornos de alta temperatura, alta presión y altamente corrosivos, como los conductos de turbinas de gas, los revestimientos de combustión, los escudos térmicos y los componentes de plantas químicas.
• Monel y otras aleaciones exóticas: para aplicaciones marinas, en agua de mar y en entornos químicos agresivos.

Procesos de torneado de metales

Hilado controlado por CNC

El torneado de metal por CNC es la columna vertebral de la producción moderna. Las trayectorias de herramienta programadas guían el rodillo a lo largo de múltiples pasadas de conformado, lo que garantiza una alta precisión, repetibilidad y un espesor de pared uniforme en todas las piezas. El torneado por CNC es la opción preferida para trabajos con tolerancias estrictas, lotes grandes y perfiles complejos que serían difíciles de reproducir a mano.

Conformado por rotación de tubos (conformado por flujo)

El laminado de tubos, también conocido como conformado por flujo, reduce el espesor de la pared de una pieza tubular en bruto al tiempo que aumenta su longitud sobre un mandril giratorio. Permite obtener cilindros sin costura, de pared delgada y alta resistencia, con una excelente concentricidad, ideales para ejes huecos, manguitos, cilindros a presión y componentes tubulares para los sectores de defensa y aeroespacial.

Giro de paneles

El moldeado por rotación permite fabricar de forma económica paneles de gran diámetro y formas cóncavas poco profundas, lo que hace que el proceso resulte rentable cuando la pieza es ancha pero relativamente poco profunda. Se utiliza con frecuencia para paneles arquitectónicos, cubiertas de gran tamaño y elementos decorativos.

Hilado manual

El torneado manual de metales sigue siendo la opción más rápida y económica para prototipos, piezas únicas, lotes pequeños y diseños que aún están en fase de desarrollo. Los torneros expertos combinan herramientas manuales con la rotación del torno para fabricar piezas complejas en pequeños volúmenes con una inversión mínima en utillaje.

Formas y geometrías obtenidas mediante conformado por rotación

Formas cónicas giratorias

Las formas cónicas obtenidas mediante torneado son una de las geometrías más comunes en el torneado de metales. Los conos, los conos truncados y los conos escalonados de diámetro variable se conforman sobre un mandril adaptado, controlando el espesor de la pared pasada a pasada. El torneado cónico se utiliza ampliamente para piezas de transición, tolvas, boquillas, conos distribuidores, conos de rodillos transportadores y conjuntos apilados de varias capas en los que cada diámetro debe encajar con precisión en el siguiente.

Geometrías hemisféricas

Mediante el conformado por rotación se produce una amplia gama de geometrías hemisféricas: hemisferios, cúpulas, extremos cóncavos y esferas completas formadas al unir dos hemisferios. Los hemisferios y las cúpulas se utilizan como extremos de depósitos, tapas de recipientes a presión, reflectores de lámparas, antenas parabólicas, componentes de antenas parabólicas y elementos arquitectónicos decorativos. Las esferas aportan mayor resistencia para aplicaciones exigentes, como equipos de pruebas geológicas, flotadores y carcasas a presión.

Cilindros, componentes laminados y soldados

Los cilindros fabricados mediante torneado de metal ofrecen paredes sin costuras para recipientes a presión, tuberías, tubos, carcasas de filtros y contenedores de gran tamaño. Cuando una pieza es demasiado profunda o demasiado grande para ser conformada en una sola pieza, las carcasas conformadas se combinan con componentes laminados y soldados —cilindros, anillos y bridas fabricados a partir de chapa laminada y unidos mediante soldadura TIG o por haz de electrones—, a los que se sueldan extremos conformados y fondos abombados para completar el ensamblaje. Este enfoque híbrido conserva las ventajas de la rotación sin costuras allí donde más importan, al tiempo que amplía los límites dimensionales del proceso.

Capacidades de torneado de metales y control de tolerancias en KMS

KMS cuenta con un parque de producción compuesto por 38 máquinas, entre los que se incluyen tornos de torneado CNC, tornos para tubos y equipos de corte por láser, lo que nos permite asignar cada pieza a la máquina adecuada en lugar de tener que utilizar la de mayor tamaño:

• Tornos de repulsado CNC de hasta Ø2500 mm, aptos para el repulsado de metales de gran diámetro destinados a recipientes, cúpulas, carcasas y carcasas de ventiladores.
• Tornos de torneado de tubos para piezas cilíndricas huecas de pared delgada.
• Espesor del material de hasta 8 mm en acero inoxidable, 15 mm en acero al carbono y 20 mm en aluminio, dependiendo del diámetro y la geometría.
• La tolerancia dimensional suele oscilar entre ±0,1 mm y ±0,2 mm en diámetro y altura para las piezas torneadas con CNC, si bien es posible lograr un control más estricto en las características críticas previa negociación.
• Acabados superficiales, entre los que se incluyen el pulido espejo con una rugosidad Ra ≤ 0,4 μm, el desbarbado y el redondeado de cantos, el anodizado, el chorro de arena, el trefilado, el pintado y el recubrimiento de zinc.
• Operaciones secundarias, entre las que se incluyen el mecanizado CNC, el corte por láser, la soldadura TIG y por haz de electrones, y el montaje.

La calidad se gestiona mediante un sistema de calidad conforme a la norma ISO 9001, con tolerancias lineales controladas según la norma GB/T 1804-m y tolerancias geométricas según la norma GB/T 1184, inspección al 100 % de las superficies de ajuste críticas y verificación mediante máquina de medición por coordenadas (CMM) de los perfiles clave. Para proyectos exigentes, se facilitan informes completos de inspección del primer artículo y certificados de materiales.

Sectores que dependen del torneado de metales especiales

• Sector aeroespacial y de defensa: conos de proa, carenados, capós, carcasas de transmisores y receptores, componentes de la carcasa del motor y recipientes a presión, en los que el peso, la resistencia y la fiabilidad son factores fundamentales.
• Electricidad de potencia y alta tensión: conjuntos de aluminio para sistemas GIS, protectores para la transmisión de UHV, tubos de salida de cobre, pasacables y cajas que requieren una superficie interna limpia y una conductividad estable.
• Procesamiento petroquímico y químico: manguitos de cavidad de aleación de níquel, tapas y recipientes de acero inoxidable para aplicaciones corrosivas y a altas temperaturas.
• Sector alimentario, de bebidas y farmacéutico: tolvas, cuencos, calderas, recipientes de mezcla y contenedores de 180 litros con interiores pulidos y libres de residuos.
• Ingeniería mecánica e industria pesada: casquillos, tapas amortiguadoras, bases fijas, discos centrífugos, placas traseras de alta resistencia y componentes antideformación para equipos mineros, portuarios y de transporte.
• Maquinaria agrícola: conos, bandejas y conductos resistentes al desgaste, capaces de soportar el impacto abrasivo de cereales, minerales y fertilizantes.
• Construcción, iluminación y arquitectura: salidas de ventilación, carcasas de ventiladores, anillos de distribución, reflectores de lámparas y cúpulas decorativas de metal hilado.
• Dispositivos médicos, automatización y electrónica: carcasas de instrumentos, protectores y rotores que requieren tolerancias estrictas y superficies limpias.

Rentabilidad: la ventaja del torneado de metales

El torneado de metal suele ser la solución de conformado de metales más rentable para piezas con simetría rotacional, y el ahorro proviene de varios factores a la vez: el bajo coste del mandril, en lugar de los costosos troqueles; el mínimo de desechos, ya que se trata de un proceso sin virutas; el menor número de operaciones secundarias, ya que las piezas salen del torno sin costuras y con una forma cercana a la definitiva; y la rapidez en los cambios de serie, lo que hace que las tiradas cortas y las iteraciones de diseño resulten asequibles. Cuando los volúmenes aumentan, el torneado CNC mantiene el coste unitario predecible al tiempo que conserva las mismas tolerancias, de modo que el mismo proceso que validó el prototipo también se encarga del programa de producción.

Colaboración en ingeniería: del plano a la pieza de producción

La solución más rentable rara vez es la más obvia. Nuestro equipo de ingeniería analiza conjuntamente el plano, el material, la acumulación de tolerancias y el volumen anual, y a continuación recomienda la ruta de proceso que ofrece el rendimiento requerido al menor coste total: torneado controlado por CNC, torneado de tubos, torneado de paneles o torneado manual. Cuando un diseño puede simplificarse para facilitar su fabricación, lo indicamos desde el principio, mientras los cambios aún resultan económicos. Normalmente, la valoración de viabilidad y el presupuesto se envían en un plazo de 24 horas tras la recepción del plano.

Gracias a su capacidad de producción flexible, KMS se adapta a la perfección desde el desarrollo de prototipos hasta la producción a gran escala, manteniendo al mismo tiempo una calidad constante y tolerancias estrictas, lo que le permite suministrar, dentro de los plazos previstos, componentes metálicos torneados resistentes, precisos y con simetría rotacional.