| Industrial Data 2002; 5(2):9-16 |
MENAJERÍA EN PLANCHAS
DE ACERO INOXIDABLE
Oswaldo Rojas L.*, Eulogio Santos D.*,
Pedro Marín Ch.*, Víctor Rosales U y Julio Salas B.*
RESUMEN |
INTRODUCCIÓN
Los profesores de la facultad de ingeniería Industrial relacionados con el Laboratorio de
Máquinas y Herramientas, desde hace tres años vienen realizando trabajos en acero:
Diseño y construcción de matrices para embutir.
- Manufactura con láminas de acero.
- Construcción de una prensa hidráulica.
Estos proyectos han permitido acumular
conocimientos y experiencias que hacen necesario implementar un laboratorio de ensayos
mecánicos y montar una línea de producción de metal mecánica.
Convencidos de la necesidad de desarrollar estos proyectos se seleccionó trabajar en la
línea de planchas metálicas delgadas en acero inoxidable y elaborar productos de
menajería combinando para su producción los procesos de embutido y repusado.
Paralelamente, se investiga los procesos de producción de las Pymes que trabajan en el
rubro de menajería en acero inoxidable con el objetivo de poder conocer las
características de sus procesos productivos, de manera que se les pueda ofrecer
asesoramiento técnico. El trabajo de campo de las Pymes no se realizó satisfactoriamente
debido a que muchas de ellas no están operativas debido al receso económico del País y
especialmente en el sector metal mecánico, así como también, al celo y cuidado que
ponen en sus procesos productivos.
El desarrollo de los productos no pudo realizarse con todos los procedimientos técnicos
estandarizados debido principalmente a los altos costos de algunos procesos.
Los procesos de embutido y repusado se realizaron en centros de producción de terceros,
donde las facilidades prestadas fueron limitadas.
La participación de los alumnos no tuvo los resultados esperados debido a la falta de un
reglamento que sancione el incumplimiento de compromisos contraídos y la necesidad de
relacionar las tareas encomendadas a trabajos de los cursos del Plan de Estudios y a la
supervisión de los profesores.
ACEROS INOXIDABLES
Los aceros inoxidables son más resistentes a la corrosión y a las manchas de lo que son
los aceros al carbono y de baja aleación. Este tipo de resistencia superiora la
corrosión se produce por el agregado del elemento cromo a las aleaciones de hierro y
carbono.
La mínima cantidad de cromo necesaria para conferir esta resistencia superior a la
corrosión depende de los agentes de corrosión, El Instituto Norteamericano de Hierro y
Acero ha elegido el 10% de cromo como línea divisoria entre aceros aleados y aceros
inoxidables, mientras que otros establecen ese límite entre el 10,5% y el 11%.
La mayoría de estos materiales metálicos están disponibles en sus formas comerciales:
planchas, barras, flejes, tubos, entre los de mayor uso.
La resistencia a la corrosión de los aceros inoxidables se debe a una delgada película
de óxido de cromo que se forma en la superficie del acero. A pesar de ser sumamente
delgada esta película invisible fuertemente adherida al metal, lo protege contra los
distintos tipos de corrosión, renovándose inmediatamente cuando es dañada por
abrasión, corte, maquinado, etc.
PRINCIPALES ATRIBUTOS DEL ACERO INOXIDABLE
Entre los principales atributos del acero inoxidable se puede mencionar los siguientes:
Alta resistencia a la corrosión.
- Resistencia mecánica adecuada.
- Facilidad de limpieza / baja rugosidad superficial.
- Apariencia higiénica.
- No contamina los alimentos.
- Facilidad de conformación.
- Facilidad de unión.
- Resistencia a altas temperaturas.
- Resistencia a temperaturas criogénicas.
- Resistencia a variación brusca de temperaturas.
- Acabados superficiales y formas variadas.
- Fuerte impacto visual (moderno, liviano y prestigiado)
- Relación costo/ beneficio favorable.
- Bajo costo de mantenimiento.
- Material reciclable.
CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS
INOXIDABLES
a. ACEROS INOXIDABLES AUSTENÍTICOS
Son aquellos que por el agregado de níquel en cantidad suficiente modifican su estructura
y se transforman en Austeníticos. La composición básica de los aceros inoxidables
austeníticos es 18% de cromo y 8% de níquel.
Grados más comunes
304: Uso generalizado con buena resistencia a la corrosión para la mayoría de las aplicaciones.
- 310: Equipos y partes para hornos. Resiste temperaturas de
900 a 1100oC.
- 316: Utilizado donde se requiere mayor resistencia a la
corrosión, por ejemplo: equipos marinos.
- 321: Contiene titanio, es muy apto para soldaduras críticas y resiste temperatura de hasta 800oC.
b. ACEROS INOXIDABLES FERRÍTICOS
Son aquellos que contienen básicamente cromo en porcentajes que varían entre 12% y 18%
con un bajo contenido de carbono.
Grados más comunes
409: Es un acero resistente a las altas temperaturas, con buena maleabilidad y soldabilidad. Principalmente utilizado para sistemas de escape de automotores y donde se requiera una resistencia mayor por estar expuestos a calor, ofreciendo superiores ventajas que la chapa galvanizada.
- 430: Utensilios de cocina, artículos ornamentales, revestimientos de heladeras, secadoras de ropas, lavavajillas. etc.
c. ACEROS INOXIDABLES MARTENSÍTICOS
Fueron los primeros aceros inoxidables desarrollados comercialmente empleándose para la
fabricación de cuchillos, tienen, relativamente, alto contenido de carbono (0,1 a 1,2%)
comparado con otros aceros inoxidables. Contienen cromo en porcentajes entre 12 y 18%.
Grados más comunes
410. Grado de uso generalizado en ambientes moderadamente corrosivos.
- 420: Acero templable utilizado en herramientas de corte, instrumentos quirúrgicos, etc.
d. ACEROS INOXIDABLES DUPLEX
Son aceros inoxidables que contienen porcentajes relativamente altos de cromo (entre 18 y
28%) y porcentajes moderados de níquel (entre 4.5 y 8%). El contenido de níquel es
insuficiente para generar una estructura austenítica completa y el resultado de la
combinación de las estructuras ferrítica y austenítica es llamada "duplex".
La mayoría de los aceros duplex contienen entre 2,5 y 4% de molibdeno.
Grados más comunes
2205: Resistencia a la corrosión mayor que el grado 316L. Utilizado en intercambiadores de calor, aplicaciones marinas y de refinerías.
Asimismo se aprecia en los cuadros 1 y 2 las propiedades y los usos más comunes, respectivamente, de las diferentes clases de aceros antes descritos.
| Cuadro 1. Propiedades básicas de
los aceros inoxidables |
| AUSTENÍTICOS | FERRÍTICOS | MARTINSITICOS | DUPLEX |
| · Excelente resistencia a la corrosión |
· Moderada a buena resistencia a la corrosión dependiendo del porcentaje de cromo | · Resisten
tratamientos térmicos |
· Mayor
resistencia al ataque del cloro |
| · Buena
soldabilidad |
· Menor
soldabilidad |
· Tienen
moderada resistencia a la corrosión |
· Mayor resistencia a la tracción y a la elongación que los aceros austeníticos y ferríticos |
| · Apropiada maleabilidad y ductibilidad | · Menor
plasticidad |
· Menor
soldabilidad |
· Bueno
maleabilidad y soldabilidad |
| · Buenas propiedades a altas y bajas temperaturas | · No
templadas |
· Son
magnéticos |
|
| · Fácil limpieza y condiciones de higiene | · Son
magnéticas |
| Cuadro 2. Usos más comunes de los
aceros inoxidables |
| AUSTENÍNITICOS | FERRÍTICOS | MARTINSITICOS | DUPLEX |
| · Lavaderos
para cocina |
· Utensilios
de cocina |
· Hojas
para cuchillos |
· Uso marino, especialmente cuando las temperaturas son algo elevadas |
| · Equipos y utencilios para la industria de la alimentación y química | · Sistema
de escape para automotores |
· Instrumentos
quirúrgicos |
· Plantas
de desalinización |
| · Aplicaciones
en decoración y arquitectura |
· Revestimientos de diferentes artefactos como heladeros, lava vajilla, secadoras de ropa, etc | · Resortes |
· Intercambiadores
de calor |
| · Equipos
quirúrgicos |
· Artículos ornamentales | · Ejes |
· Plantas petroquímicas |
CÓMO REDUCIR LA CORROSIÓN MEDIANTE UN DISEÑO APROPIADO DEL
PRODUCTO
Los fracasos debidos a la corrosión pueden ser frecuentemente eliminados modificando
apropiadamente el diseño sin necesidad de cambiar el tipo de acero. La forma de las
juntas, la continuidad de la superficie y la concentración de las tensiones deberán ser
tomadas en consideración. Las soldaduras a tope son preferibles a las soldaduras en
solapa, y se deberán utilizar buenos métodos de soldadura.
El uso de piezas complementarias, tales como de planchas o placas de refuerzo rodeadas de
costuras o cordones de soldadura, deberá ser reducido al mínimo ya que esto produce
tensiones biaxiales difíciles de eliminar por tratamiento térmico.
Cuando se tenga que sujetar patas de acero dulce a un tanque de acero inoxidable; primero,
se deberá soldar las patas a un asiento de acero inoxidable que, a su vez, será soldado
al fondo del tanque. Con esto se evita la difusión del carbono en el acero inoxidable del
tanque.
Todo el equipo deberá ser meticulosamente limpiado a fondo para eliminar toda
contaminación producida por óxidos, polvo de hierro, partículas procedentes de las
herramientas, fundente de soldadura, suciedades y substancias orgánicas.
Estas substancias extrañas pueden ser eliminadas limpiándolas a chorro o por decapado.
Una buena solución para el decapado consiste en el 10 por ciento de ácido nítrico y el
1 por ciento de ácido fluorhídrico.
Un ajuste defectuoso causa tensiones al forzar las piezas para ponerlas en posición.
Cuando se fabrican piezas para una unidad que deba contener material corrosivo, será
prudente reformar las piezas que ajusten mal y recocerlas de manera que las piezas en
cuestión se ajusten limpiamente en el recipiente. El conformar en frío, tal como el
cilindrar tubos en la chapa, son trabajos que deberían reducirse al mínimo.
Como es difícil reproducir en los ensayos de laboratorio las verdaderas condiciones que
se presentan en la práctica, los resultados de dichos ensayos solamente podrán servir de
guía. Los datos sobre la corrosión publicados como resultado de distintos ensayos,
pueden estar basados sobre unas condiciones químicas, temperaturas, velocidades y
aireación que difieran de las de la solución química que deba ser manipulada. Por este
motivo y siempre que sea posible se deberá utilizar para los ensayos prácticos, el
equipo existente y procedimientos similares o comparables.
En los ensayos de corrosión deberán incluirse muestras de los artículos por fabricar
con el fin de poder juzgar del valor de los métodos de fabricación propuestos.
Las muestras soldadas y sensibilizadas permiten apreciar el depósito de soldadura y la
zona influenciada por el calor en el ambiente corrosivo al que han de poder resistir.
Convendrá someter a ensayos probetas con corrosión por fatiga y sometidas a varios
niveles de esfuerzo o tensión con el fin de poder apreciar la susceptibilidad del acero
al agrietamiento una vez terminadas de fabricar. Es importante que los resultados de los
ensayos sean apreciados en su justo valor.
DIAGNÓSTICO DE LAS PYMES DE LOS PRODUCTOS DE MENAJERÍA EN ACERO INOXIDABLE
Para poder determinar las características mediante cual trabajan las Pymes, se tuvo que
recurrir a visitas y entrevistas, lo que permitió elaborar el siguiente resumen:
El proceso principal para elaborar sus productos es del repusado.
- Para sacar brillo a los productos utilizan pulidoras de
tela, produciendo cantidad de polvillo muy contaminante.
- Utilizan diversos tipos de aceros inoxidables en función
al costo de oportunidad.
- Trabajan en espesores menores a 1 milímetro.
- La calidad de sus productos por el mismo proceso son de
mediana calidad.
- Su producción es limitada a productos determinados, no
teniendo variedad.
- Las estrías dejadas por el proceso de repusado no le dan
una buena apariencia.
- Las medidas de sus productos no son estándar. En muchos
talleres el operario, debido a su habilidad, puede elaborar modelos especiales, complejos
y con detalles especiales, esta línea se debe utilizar para exportar estos productos.
- Utilizan modelos hechos en madera.
- Los talleres también son utilizados como vivienda. El
área dedicada a los talleres cuenta aproximadamente con 40 m2.
- El 80% de los talleres visitados trabajan en forma ilegal,
tienen en promedio 5 trabajadores, sus ingresos promedio son de S/.3000 nuevos soles
mensuales, predomina el pago a destajo.
- La distribución de planta, no son adecuadas, existe
muchos retrocesos y los almacenes no presentan seguridad para la materia prima ni
productos acabados.
- Las condiciones de trabajo son deficientes: Instalaciones
eléctricas, condiciones inseguras en las zonas de trabajo falta de equipos de
protección.
- Los dueños de estos negocios normalmente han adquirido
sus conocimientos trabajando en otros talleres.
- La situación económica que atraviesa el País ha
originado que las ventas disminuyan sustancialmente por lo que las empresas de este rubro
están produciendo en muy poca cantidad
- Ellos mismos son vendedores, dejando su mercadería a
consignación en distintos mercados y tiendas.
- Normalmente trabajan a pedido de sus clientes
distribuidores.
- No se encuentran organizadas por lo que no están en condiciones de formar un consorcio y poder exportar sus productos, sabiendo que son productos de poca calidad.
PROCESOS PRINCIPALES
Los productos de menajería en plancha de acero inoxidable se pueden elaborar mediante dos
procesos principales:
a. Embutido
Es un proceso de deformación plástica de planchas metálicas en frío o en caliente por
medio de una prensa, y para conformarlo se utilizan matrices y punzones (ver figura l)
b. Repusaje
Es un proceso de deformación plástica de planchas metálicas delgadas por medio de un
torno, y para conformarlo se utilizan matrices y una varilla punzón de bronce (ver figura
2)
La combinación de estos procesos ofrece una alternativa adicional:
Puro embutido, cuyas características son:
Alto punto de equilibrio.
- Buena calidad del producto.
- Diversas formas geométricas.
- Profundidades relativamente grandes.
Proceso mixto: embutido y repusaje, sus características son:
Mediano punto de equilibrio.
- Mediana calidad del producto.
- Formas geométricas de revolución.
- Profundidades medianas.
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| Figura 1. Proceso de embutido |
Puro repusaje, cuyas características son:
Bajo punto de equilibrio,
- Mediana calidad del producto.
- Formas geométricas de revolución.
- Profundidades medianas.
DISEÑO DEL PRODUCTO Y ELABORACIÓN DE
MATRICES
Las variables consideradas en el diseño del producto a elaborar son las siguientes:
Utilización de las partes de matrices existentes.
- Aprovechamiento de las experiencias anteriores.
- Posibilidades de venta.
- Forma geométrica no compleja.
- Proceso combinado embutido/ repusaje.
CONFECCIÓN DE LOS PLANOS
Se desarrolló con participación de los alumnos del curso de Dibujo Industrial,
utilizando el software Mechanical Desktop, los productos seleccionados fueron un frutero y
una sopera.
DISEÑO Y ELABORACIÓN DEL JUEGO DE MATRICES
Las matrices fueron elaboradas en el Laboratorio de Máquinas y Herramientas de la
Facultad de Ingeniería Industrial. No se realizó los tratamientos térmicos para darle
dureza y tenacidad, adecuada al tipo de trabajo, debido a su alto costo.
Entre las variables consideradas para su construcción del producto se tiene:
Material a usar en las matrices.
- Forma geométrica de los productos.
- Dimensiones del producto
- Selección del proceso productivo (primero, embutido;
después, repusado)
- Equipos con que cuenta el laboratorio.
- Variedad de productos (la matriz pueda ser usada para varios productos).
 |
| Figura 2. Proceso de repusaje |
ELABORACIÓN DEL PRODUCTO
Para el proceso de embutido se utilizó una prensa hidráulica de 100 toneladas, en este
proceso sólo se generó el cilindro base, posteriormente pasó al proceso de repusaje,
para lo cual se utilizó un torno de repusaje y en este proceso se obtuvo la forma final
del producto.
Las actividades principales para este proceso se mencionan a continuación:
Trazado.
- Cortado.
- Embutido.
- Repujado.
- Pulido.
- Soldado.
- Esmerilado.
- Diamantado.
Los equipos básicos con que cuentan los talleres Pymes son:
Cortadora eléctrica de planchas (manual)
- Guillotina de mano.
- Torno para repusaje.
- Máquina lijadora.
- Máquina pulidora.
- Máquina para soldar a puntos.
- Taladro de banco.
Además, en la figura 3 se presenta el
diagrama de la fabricación de una sopera.
PARTICIPACIÓN DE LOS ALUMNOS EN EL PROYECTO
La participación de los alumnos ha estado enfocada al aporte de ideas, análisis de la
situación en función de los conocimientos adquiridos en los diferentes cursos de la
carrera y en el apoyo de otras actividades manuales. La cantidad de alumnos que se
involucró directamente con el proyecto fue de 12 alumnos.
En el desarrollo del proyecto participaron alumnos de los siguientes cursos:
a. Dibujo industrial
Con el diseño del producto y la elaboración de planos.
b. Procesos de manufactura
Selección de los procesos y elaboración del producto.
Además, es necesario mencionar que, dentro del proyecto se consideró inicialmente los cursos:
a. Ingeniería de materiales industriales
Selección y aplicación de todos los materiales a usar.
b. Estudio del trabajo
Desarrollo y análisis del proceso productivo.
c. Control de calidad
Seguimiento y definición de parámetros de control.
d. Distribución de planta
Análisis de la distribución de planta de los talleres Pymes que se dedican a este rubro.
Vale decir que, debido a la falta de
coordinación e interés de los alumnos no se pudo concretar su participación.
CONCLUSIONES
Los productos de menajería que producen las Pymes están restringidos a formas
geométricas de revolución debido al proceso de repusado, mediana calidad, siendo el
trabajo artesanal de contar con diseños especiales podrían ser colocados en mercados
internacionales.
El 85% de los talleres visitados trabajan en forma ilegal, tienen en promedio 5
trabajadores, sus ingresos promedio son de S/. 3000 nuevos soles mensuales, el área
promedio de sus talleres es de 40 m2 y se caracterizan por ausencia de medidas
de seguridad.
Es importante la participación de los alumnos en las diferentes etapas del proceso, por
lo que es necesario que algunos tópicos sean incluidos como trabajos obligatorios en los
cursos del Plan de Estudios de Ingeniería Industrial. La presencia de los profesores en
el proceso de investigación permitirá que los alumnos asuman con responsabilidad las
actividades encomendadas.
Es necesario, la construcción y/o adquisición de una prensa hidráulica de 100 toneladas
para ser usada en prácticas de laboratorio así como también para poder implementar una
línea de producción de productos de embutido en metales.
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Figura 3. Diagrama de la fabricación de una sopera |
El nivel académico de los alumnos se incrementa con la participación
en los proyectos de investigación especialmente en trabajos de campo.
Es factible crear un centro de producción para la elaboración de productos de menajería
en acero inoxidable.
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* Instituto de
Investigación de la Facultad de Ingeniería Industrial. UNMSM
E-mail: iifi@unmsm.edu.pe
