Análisis del siste=
ma
de producción y caracterización microestructural para evaluar el comportami=
ento
mecánico de chasis de vehículo fabricado por extrusión.
=
Analysis
of the production system and microstructural characterization to evaluate t=
he
mechanical behavior of vehicle chassis manufactured by extrusion.
Luis Antonio
Chica Castro.[1],
Juan Carlos Rocha Hoyos. [2], Javier
Martínez Gomez. [3]
& Patricio
Cabascango Camuendo. [4]
Recibido: 10-10-2018 / Revisado: 15-1=
1-208
/Aceptado: 28-12-2018/ Publicado: 05-01-2019
Abstract. =
DOI: https://doi.org/1=
0.33262/cienciadigital.v3i1.349
The vehicles have been a fundamental part in the
movement of people and objects to different places saving time. Aluminum has
played an important role in the development of new technologies for the
construction of vehicles and this is where auto parts play an important rol=
e.
The production of these has grown from basic processes to automated process=
es,
which increases the economy and development of the country. That is why this
work aims to analyze the production of aluminum by extrusion and characteri=
ze microstructurally
alloys 6061 and 6063 used in the manufacture of auto parts. The methodology
used was to analyze the systems and production lines of auto parts, perform
tensile tests, compression and hardness of the alloys 6061 and 6063
respectively and finally characterize microstructurally the alloys that mak=
e up
this study in order to obtain which is the most recommended to carry out the
process of extruding auto parts. The conclusion is that the automated
production line can reduce production times and in turn strengthens the
productivity also that 6063 alloy is the material used for the manufacturing
process of auto parts since they apply less compression efforts, preventing
lose the resistance to corrosion. Además, se produce mayor resistencia
después del proceso de conformado debido a las formas del Fe3SiA=
l12
después de la deformación incrementando así la vida útil de la autopa=
rte.
Keywords: Auto parts, extrusion, aluminum, alloys, intermetallic compound
Resumen.
Los vehículos han sido parte fundamental en el
desplazamiento de personas y objetos a diferentes lugares ahorrando tiempo.=
El
aluminio ha tenido un papel importante en el desarrollo de nuevas tecnologí=
as
para la construcción de los vehículos y es allí donde las autopartes juegan=
un
papel importante. La producción de las mismas ha crecido pasando de procesos
básicos a procesos automatizados con lo cual aumenta la economía y desarrol=
lo
del país. Es por ello que este trabajo tiene como objetivo analizar la producción de aluminio por extrusión y caract=
erizar
microestructuralmente las aleaciones 6061 y 6063 utilizadas en la fabricaci=
ón
de autopartes. La metodología utilizada fue analizar los sistemas y líneas =
de
producción de autopartes, realizar ensayos de tracción, compresión y dureza=
de
las aleaciones 6061 y 6063 respectivamente y por último caracterizar
microestructuralmente las aleaciones que conforman este estudio con el fin =
de
obtener cual es la más recomendada para realizar el proceso de extrusión de
autopartes. Como conclusión se tiene que la línea de producción automatizada
puede disminuir los tiempos de producción y a su vez fortalece la productiv=
idad
también que la aleación 6063 sea el material utilizado para el proceso de fabricación de
autopartes ya que se aplican menores esfuerzos de compresión, evitando que =
se
pierda la resistencia a la corrosión. Además, se produce mayor
resistencia después del proceso de conformado debido a las formas del Fe
Palabras claves: Autopartes, extrusión, aluminio, aleaci=
ones,
compuesto intermetálico
Introducción.
La
industria automotriz es parte de la base fundamental en el desarrollo mundi=
al.
Su crecimiento está vinculado a actividades productivas y también al trasla=
do
de personas y de bienes. La fabricación de autopartes es muy importante par=
a el
desarrollo del país debido a que promueve el PIB, genera empleo, resalta entre los demás
sectores de la economía y fortalece la competitividad del comercio exterior=
.
Es por ello que la
industria de autopartes no escapa de una constante evolución. Este desarrol=
lo evolutivo
es consecuencia de evaluaciones de los procesos de producción, derivado de =
los
estudios y análisis de mercado, y de los procesos de conformado utilizando =
los
mejores materiales, para cada autoparte, que puedan soportar las cargas o
esfuerzos que garanticen un mejor rendimiento.
Par=
a el
desarrollo de la producción de autopartes para vehículos es necesario
comprender los sistemas de producción. El sistema de producción por
transformación se desarrolla cuando todas las operaciones se organizan para=
lograr
una situación ideal, cuando la economía de fabricación favorece a la
producción, es decir cuando la demanda de un producto determinado es elevad=
a y
cuando el producto se realice a gran escala. Este tipo de sistema ofrece
obreros especializados y semiespecializados y los costos de producción son
relativamente bajos
En Ecuador la producción de
autopartes es muy limitada ya que la industria está conformada por pequeñas y medianas empresas que ti=
enen
bajo nivel de tecnología, lo que constituye para este eslabón de la cadena,=
un
grave obstáculo para conseguir un mayor grado de productividad y de
competitividad. Por consiguiente, sería preciso armonizar los esfuerzos hac=
ia
la producción especializada de partes a utilizarse en el armado de unos poc=
os
modelos, especialmente en los segmentos de automóviles compactos de bajo pr=
ecio
que son los de mayor demanda local, sin tener que importar un volumen cada =
vez
mayor de partes y piezas como tradicionalmente se ha venido haciendo, busca=
ndo
además que se modifiquen las políticas de precios del sector empresarial, p=
ara
que se beneficie también el consumidor nacional con vehículos de calidad y
garantía a menor precio que los importados
Los
materiales a utilizar son muy importantes porque garantizaran un mejor trab=
ajo
en el conformado de piezas. La selección de los mismos debe destacar sus
propiedades mecánicas, eléctricas y térmicas que ayuden a mejorar el proces=
o de
deformación, pero también garanticen una mayor vida útil cuando estén somet=
idos
los esfuerzos de ingeniería sobre los mismos. Es por ello el uso del alumin=
io
por sus bajos costos, gran maquinabilidad a la hora de trabajarlos y sobre =
todo
las piezas fabricadas tienen menor peso y poseen alta resistencia a la
corrosión en ambientes drásticos.
Así mismo, la producción de
autopartes de aluminio ayudara aún más al proceso de conformado ya que las
fuerzas que se requieren son menores y se pueden obtener piezas de diferente
geometría debido a la característica planteada anteriormente. Por ello, es
necesario aplicar un análisis de la microestructura de dichas piezas para p=
oder
determinar cuáles son los parámetros de conformado a utilizar y poder así
obtener piezas de alta calidad. Se analizaron aleaciones de aluminio 6061 y 6063 debido a que pueden ser deformadas muy fácilmente, a tra=
vés
de la extrusión, y que pueden soportar la corrosión generada, como también =
son
materiales de gran accesibilidad ya que se producen en el país.
El proceso de extrusión consis=
te
en generar una pieza conformada por fuerzas que se ejecutan a un tocho por
medio de un punzón y que serán deformadas a través de un dado o matriz. La
velocidad de este proceso está directamente relacionada con las presiones,
características dimensionales del tocho y, sobre todo, por la composición
química de ese material. Existen procesos de extrusión directa, indirecta y=
por
impacto. Dependiendo del diseño de la pieza final se recurre a un proceso de
extrusión. Para el caso de la fabricación de autopartes se recurre a la
extrusión directa si las piezas las conforman las ballestas o estructura
inferior del chasis y si es por extrusión por impacto las estructuras que
conforman las partes laterales del chasis.
Por tal motivo, este trabajo tiene =
como
objetivo analizar la producción y caracterización del aluminio por extrusión
para uso en autopartes. Se evaluaron los diferentes procesos y líneas de
producción por extrusión, se determinó el proceso de producción y tipo de p=
ieza
a fabricar por extrusión, se caracterizó la microestructura de las aleacion=
es
de aluminio y se determinó el comportamiento de esta autoparte de aluminio
mediante el análisis de la microestructura con el fin de obtener los paráme=
tros
de conformado más acorde en el proceso de extrusión.
Metodología.
Esta investigación requirió de
una investigación exploratoria, pasando por una investigación experimental y
concluyendo con una investigación explicativa.
Para el desarrollo se utilizaron 24
probetas que correspondieron a 12 probetas para cada tipo de aleación de
aluminio, incluyendo 1 muestra patrón para cada tipo. (ver Tabla 1)
Tabla 1. =
Probetas para cada tipo de
ensayo.
Elaborado por: Grupo de Investigación
Se detalla la metodología experimen=
tal
que sirvió para llegar a la consecución de los objetivos del proyecto:
Análisis de los distintos sistemas y líneas de producción para la
fabricación de autopartes.
Se analizaron los sistemas de producción para la fabricación de
productos de aluminio por extrusión con la finalidad de obtener los parámet=
ros
de producción para realizar la fabricación de autopartes. Un sistema de producción es cualquier actividad =
que
produzca algo. Sin embargo, se definió de manera más formal como aquello que
toma un insumo y lo transforma en una salida o producto con valor inherente=
También se hizo un análisis del factor de productividad que no es más
que la relac=
ión
o cociente entre bienes o servicios producidos u ofrecidos entre los medios
utilizados
Determinación de las diferentes aleaciones de aluminio.
Se tomaron los diferentes materiales provenientes de reconocidas emp=
resas
del país dedicas a la producción de aluminio estructural con el fin de obte=
ner
las probetas para los ensayos destructivos y para la caracterización del
material.
La utilización de aluminio se debe a
que se pueden fabricar campanas, baúles,
acabado brillante, entradas de aire y parachoques
Ensayo de tracción.
El ensayo de tracción se realizó ba=
jo
las recomendaciones de la norma ASTM E8M-16a (“Standard Test Methods for
Tension Testing of Metallic Materials”). Se ensayaron 8 probetas que
corresponden a 4 para cada tipo de aleación. Las dimensiones de cada probeta fueron tomadas
según la norma establecida para este ensayo, como se muestra en la Figura 1=
.
Figura 1=
. Dimensiones de las probetas
siguiendo la norma establecida para el ensayo de tracción. (A) Diseño según
norma y (B) Probeta fabricada de aluminio.
En este ensayo el material se defor=
ma
hasta la rotura mediante la aplicación de una fuera uniaxial a lo largo del=
eje
principal (Guerrero, Davila y Pontón, 2011).
Este
ensayo se realizó con el apoyo de un durómetro Rockwell basándose en la nor=
ma
ASTM E18-03 (“Norma para la realización del ensayo de dureza rockwell”),
tomando mediciones de dureza en diferentes zonas para así tener un valor más
exacto de las aleaciones de aluminio. El ensayo se realizó a un total de 6
muestras, 3 muestras para cada tipo de aleación de aluminio.
La dureza es una medida de resistencia del material a la deformación
plástica localizada. La dureza rockwell puede utilizar diferentes escalas
provenientes de las combinaciones entre penetradores y cargas, lo cual perm=
ite
ensayar cualquier metal o aleación desde el más duro al más blando
Figura 2. Técnicas de ensay=
o de
dureza rockwell.
Para esta investigación se utilizó =
el
ensayo de dureza rockwell B con una carga de 100Kg y un penetrador de bola =
1/16
pulg durante 15seg.=
Ensayo de compresión.<=
/b>
Se realizó este ensayo a 8 probetas, 4 para cada tipo de aleación. <=
/span>Se basó en la norma ASTM
E-9 (“Standard Test Methods for Compression Testing of Metallic Materials”)=
. Las dimensiones de las probet=
as
están mostradas en la Figura 3 son tomadas de la norma establecida.
Figura 3. Dimensiones de las probetas siguiendo la norma establecida para el
ensayo de compresión. (A) Diseño según norma y (B) Probeta fabricada de
aluminio.
La
finalidad de este ensayo es poder determinar el comportamiento mecánico de =
las
distintas aleaciones, con respecto a fuerzas de compresión, y correlacionar=
las
con las propiedades mecánicas del ensayo de tracción. Estos resultados ayud=
aran
al comportamiento de las aleaciones cuando están sometidas a las cargas de =
la
extrusora.
El esfuerzo y deformación ingenieriles en un ensayo de compresión se
definen con respecto a la longitud y área originales del espécimen
Caracterización microestructural.
Para
la preparación metalográfica de las probetas patrón y deformadas por extrus=
ión
se realizó el siguiente procedimiento basado en la norma ASTM E-3 (“Standard
guide for preparation of metallographic specimens”). La observación de la
microestructura se hizo mediante el microscopio óptico (MO) para identifica=
r:
fases, morfología, tamaño, proporción y microdefectos provenientes de la
deformación.
Los resultados de este ensayo
determinaran cuál de las aleaciones es la más acorde a los planteamientos y
exigencias en el proceso de extrusión para así obtener piezas de autopartes=
con
alta garantía de calidad, respetando el medio ambiente y valorando la segur=
idad
y protección laboral.
Análisis de los sistemas y líneas de producción para la fabricación =
de
autopartes.
Es importante resaltar el proceso de
fabricación de autopartes de aluminio por extrusión como se ilustra en la
Figura 4.
La producción de autopartes por medio del proce=
so
de extrusión es muy parecida al proceso de extrusión general. Las empresas
dependen de contratistas para garantizar material y piezas para el desarrol=
lo
de la producción lo cual la hacen ser sistemas de transformación. Este proc=
eso
de conformado es realizado a través de técnicas de extrusión directa o por =
impacto
y se diferencias dependiendo del diseño de la autoparte. Cuando el producto
final son ballestas, que conforman el sistema de suspensión, el proceso se
realiza a través de la extrusión directa, pero si el producto son component=
es
del chasis el proceso es a través de la extrusión por impacto.
La contratista provee el aluminio para ser fund=
idos
en los hornos, luego se realiza la colada continua para pasar al primer pro=
ceso
de conformado como es la laminación en caliente. Aquí los esfuerzos son men=
ores
y se obtienen mayores deformaciones. Posteriormente se realiza la laminació=
n en
frio donde al final la lámina es bobinada para después pasar por el proceso=
de
corte en la troqueladora la cual otorga la primera forma de la autoparte. De
aquí los productos semi-terminados pasan al horno de recocido debido a la
laminación en frio ya que esto produce un endurecimiento por deformación. El
objetivo del recocido es otorgar ductilidad al semi-producto para que estos
sean deformados en la extrusora sin ningún problema. La extrusión por impac=
to
hace que la pieza adquiera la forma final de la autoparte.
Figura 4. Proceso de producción de
autopartes a través del proceso de extrusión de pletinas de aluminio.
Los
parámetros operacionales del proceso de extrusión de autopartes tienen un
significado importante ya que va a depender de la composición química de la
aleación de aluminio como se detalla en la Tabla 2. Se destaca la
influencia de la composición de la materia prima en razón de la velocidad d=
el
proceso. Según (Navas y col, 2017) las aleaciones de la serie 6000 no deben=
de
exceder de un contenido de 0,70 de porcentaje en peso de Mg, porque reduce =
la
velocidad de extrusión y perjudica la productividad. Esto se refiere a una
relación estequiométrica entre el magnesio y el silicio la cual arroja un v=
alor
de 1,73. Si esta relación es menor a 1,73 la velocidad es mayor y si la
relación es mayor a 1,73 entonces la velocidad es menor. ´
Es muy importante
determinar la velocidad porque en ella depende la cantidad de producción. La
presión va a depender de la dimensión del tocho y del diámetro del dado o
matriz por lo tanto es una propiedad física de diseño.
Tabla 2.=
Parámetros del proceso de extrusión para piezas de aluminio.=
Una forma de
incrementar la productividad del proceso de extrusión de autopartes es
solventando el tiempo de traslado de los productos semiterminados entre cada
estación de trabajo. Para ello se plantea una línea de producción automatiz=
ada
como se muestra en la Figura 5. Se muestra un sistema automatizado para
aumentar la producción a través de una línea de producción automatizada.
Esta línea estará colocada de forma continua y unida a través de cin=
tas
transportadoras las cuales deben soportar pesos y temperaturas variables. E=
stas
cintas transportadoras también contarán con un variador de frecuencia para
manejar distintas velocidades según sea la estación de trabajo.
En el área de recocido la velocidad debe ser lenta para que del tiem=
po
suficiente para poder llegar a la temperatura de homogenización antes de sa=
lir
del horno. Al igual ocurre en la zona de ventilación donde se debe controla=
r la
velocidad de enfriamiento con el fin de cambiar las propiedades del materia=
l.
Cuando la pieza sale de la zona de extrusión, se propone el uso de brazos
robótico para la selección y empaquetado de las autopartes en una paletizad=
ora.
Por supuesto esto genera grandes inversiones de capital, pero el tiempo de
recuperación del mismo será corto ya que se aumentará la productividad de la
organización.
Figura 5. Línea de producción automatizada para la fabricación de autopartes =
de
aluminio por extrusión.
Determinación de las diferent=
es
aleaciones de aluminio.
Para la fabricación de autopartes es
necesario analizar los materiales más adecuados para el mejor funcionamiento
del vehículo. Se toma en consideración las aleaciones de aluminio por su ba=
jo
peso y resistencia a la corrosión y al desgaste. Las aleaciones de la serie
6000 son las mejores para el proceso de conformado por extrusión por lo cua=
l se
toman las aleaciones 6061 y 6063, debido a su gran uso en la industria y po=
r su
fácil accesibilidad en el mercado, con el fin de evaluar y obtener la más
adecuada para estos procesos de manufactura.
Para conocer los componentes químic=
os
de las aleaciones a estudiar fue necesario realizar un análisis por medio d=
el
espectrómetro de masa con el fin de estipular el porcentaje en que se
encuentran presentes los elementos aleantes, los resultados se muestran en =
la
Tabla 3.
Tabla 3. Composición química de las aleaciones 6061 y 6063.
La influencia de los elementos alea=
ntes
es muy importante porque radica en que pueden determinar el comportamiento =
de
la aleación a fuerzas externas o mejor a los procesos de conformado. Esto se
puede observar en la relación
Se observa como la influencia del S=
i,
Fe, Mn y Cu aumenta la resistencia mecánica. El Mg otorga mayor ductilidad.=
La
presencia de Si, Fe, Ti y Zn aumenta la al agrietamiento en caliente. Los
elementos como Mn y Cu aumentan la dureza de la aleación. Estas propiedades
mecánicas son importantes de resaltar porque estas aleaciones pasarán por l=
os
ensayos de tracción y compresión, donde estarán involucradas esfuerzos de
trabajo, pero sobre todo pasaran por procesos de conformado por extrusión l=
as
cuales se deben garantizar que no produzcan concentradores de tensiones y a=
sí
aumentar la vida útil de las autopartes.
Tabla 4. =
Influencia de la composición
química en las aleaciones de la serie 6000 en función de las propiedades del
material.
Comparando
estos resultados de la Tabla 4 con los resultados de composición química de=
la
Tabla 3 se puede observar claramente que la aleación 6063 posee mayor canti=
dad
de elementos químicos que resaltan la resistencia a la deformación por lo c=
ual
puede indicarse que afectaran al comportamiento mecánico a esfuerzos de
tracción y comprensión, comparados con el comportamiento de la aleación 606=
1.
Ensayo de tracción.
En la Tabla 5 se puede observar los
valores de esfuerzo de fluencia y máximo de las probetas sometidas a tracci=
ón
de la aleación 6061. Se tomaron todos los valores obtenidos y se realizó un
promedio para compararlo con las probetas de la aleación 6063 ensayadas bajo
cargas de tracción.=
Tabla 5. Esfuerzos de fluencia y máximo de las probetas de aleación 6061 con =
las
respectivas deformaciones provenientes del ensayo de tracción.=
También se realizaron ensayos de tracción para las probe=
tas
de aleación 6063 las cuales obtuvieron esfuerzos de fluencia y máximo con l=
as
respectivas deformaciones como se muestra en la Tabla 6. Se tomaron todos l=
os
valores obtenidos y se realizó un promedio para compararlo con las probetas=
de
la aleación 6061 ensayadas bajo cargas de tracción. En la Figura 6 se puede
observar la gráfica esfuerzo-deformación promedio de los ensayos de tracción
realizados a las probetas de aleación 6061 y 6063 respectivamente.
Tabla 6. Esfuerzos de fluencia y máxim=
o de
las probetas de aleación 6063 con las respectivas deformaciones provenientes
del ensayo de tracción.
Figura 6.
Gráfica esfuerzo-deformación promedio del ensayo de tracción de las probeta=
s de
aleación 6061 y 6063 respectivamente.
Se observan las dos curvas de esfuerzo-deformac=
ión
de las aleaciones 6061 y 6063 respectivamente. La curva de la aleación 6061
posee mayor deformación plástica la cual hace que la fractura se prolongue =
en
el tiempo. La curva de la aleación 6063 posee menor deformación haciéndola =
más
resistente a los esfuerzos.
Esto
podría tener una explicación y es debido a que las dislocaciones presentes
dentro de las fases no tienen tanto espacio para movilizarse, es decir que =
los
tamaños de grano son pequeños, o también que puedan existir compuestos
intermetálicos que se formaron gracias a la unión de los elementos metálicos
que conforman las aleaciones. Más factible es la presencia de estos compues=
tos
intermetálicos que generan cierta resistencia a los esfuerzos y por ende no=
se
produzca la deformación plástica.
Ensayo de dureza.<=
/span>
En
la Tabla 7 se puede observar los valores de dureza rockwell B promedio de l=
as
probetas de aleación 6061 y 6063 respectivamente. Todos los valores de medi=
ción
de dureza se encuentran en el ANEXO II.
Tabla 7. Dureza rockwell B promedio de las probetas de leación 6061 y 6063 respectivamente.
Las aleaciones 6063 poseen mayor
dureza, comparada con la aleación 6061, por lo cual hace que sea más resist=
ente
a esfuerzos mecánicos y esto se comprueba con el resultado de la gráfica
esfuerzo-deformación de la Figura 6. Esta resistencia se debe al endurecimi=
ento
por solución sólida de los elementos aleantes dentro de la aleación ya que =
hay
mayor cantidad de solutos dentro del solvente de la aleación 6063 haciendo =
más
endurecible. Este endurecimiento por solución sólida va de la mano con la
formación de compuestos intermetálicos entre los elementos químicos.
Ensayo de compresión.<=
/b>
En la Tabla 8 se puede observar los
valores de esfuerzo de fluencia y máximo de las probetas sometidas a compre=
sión
de la aleación 6061. Se tomaron todos los valores obtenidos y se realizó un
promedio para compararlo con las probetas de la aleación 6063 ensayadas bajo
cargas de compresión.
Tabla 8. =
Esfuerzos de fluencia y máxim=
o de
las probetas de aleación 6061 con las respectivas deformaciones provenientes
del ensayo de compresión
También se
realizaron ensayos de compresión para las probetas de aleación 6063 las cua=
les
obtuvieron esfuerzos de fluencia y máximo con las respectivas deformaciones
como se muestra en la Tabla 9. Se tomaron todos los valores obtenidos y se
realizó un promedio para compararlo con las probetas de la aleación 6061
ensayadas bajo cargas de compresión.
Tabla 9. Esfuerzos de fluencia y máximo de las probetas de aleación 6063 con=
las
respectivas deformaciones provenientes del ensayo de compresión
En la Figura 7 se puede observar la gráfica
esfuerzo-deformación promedio de los ensayos de compresión realizados a las
probetas de aleación 6061 y 6063 respectivamente.
Es importante destacar que las gráf=
icas
son diferentes a las producidas por el ensayo de tracción ya que la fractura
ocurre a grandes esfuerzos de compresión y esto es debido a que los
concentradores de tensiones que puedan estar dentro de la estructura tiende=
n a
sellarse por efecto del apilamiento de material. La Figura 10 detalla como =
las
probetas de la aleación 6061 poseen mayor deformación y mayor esfuerzo máxi=
mo,
los que la hacen más resistentes a los esfuerzos de compresión a diferencia=
de
la curva de la aleación 6063 donde existe menores esfuerzos y deformaciones=
. Es
de destacar la importancia de la deformación como respuesta a una posible
fractura, es decir mientras más deformación tenga el material sometido a
esfuerzo más posibilidades se tiene para buscar alguna solución a este
problema.
Figura 7. Gráfica esfuerzo-deformación promedio del ensayo de
compresión de las probetas de aleación 6061 y 6063 respectivamente.
También es importante destacar que el material que será deformado por
medio de extrusión debe tener un comportamiento aceptable donde se apliquen
esfuerzos considerables haciendo que aumente el endurecimiento por deformac=
ión,
pero evitar la creación de concentradores de tensiones, todo esto
característico de los trabajos en frio.
También se conoce que este endurecimiento disminuye la resistencia a=
la
corrosión por cual desfavorece la cualidad del aluminio como agente princip=
al
en el uso de la fabricación de autopartes. Por lo tanto, los resultados de =
este
ensayo de compresión consideran a la aleación 6063 como posible material ut=
ilizado
para el proceso de fabricación de autopartes ya que tienen menor endurecimi=
ento
por deformación haciendo que sea más resistente a la corrosión, la deformac=
ión
plástica es considerable lo cual puede permitir la extrusión de piezas con
diseño moderado mostrado en la Figura 6.
Caracterización microestructural.
En la Tablas 10 se observa las
microestructuras de las aleaciones 6061 y 6063 respectivamente, tomadas a
través del microscopio óptico con aumento de 500x y atacadas con HF 2%.
Una de las
fases presentes en las aleaciones es el Mg2Si la cual proviene de
una reacción eutéctica como se muestra en el diagrama de fase de la Figura =
34.
Este compuesto intermetálico aparece debido a que se agrega en mayor cantid=
ad
Si para evitar que el Mg supere el 0,7 y por ende disminuya la velocidad de
extrusión. El Mg2Si tiene una forma cubica oscura la cual produce
endurecimiento por solución sólida porque fija las dislocaciones y por ende=
la
deformación plástica puede ser moderada. Esta fase Mg2Si siempre
esta acompaña de otra fase la cual es el Fe3SiAl12
El compuesto
intermetálico Fe3SiAl12 esta favorecido en mayor
proporción en la aleación 6063 ya que hay mayor composición de Fe y Si haci=
endo
entonces que favorezca su precipitación. También se observa, para ambas
aleaciones, que tiene 2 formas. En la aleación 6061 presenta forma poliédri=
ca y
es de color gris metálico, pero en la aleación 6063 presenta forma de aguja=
s,
característico del tipo widmanstatten.
Este tipo de
forma de aguja aumenta la resistencia ya que las dislocaciones presentes en=
la
matriz α chocan contra ellas a diferencia de las poliédricas la cual o=
torgan
un poca más de ductilidad.
Tabla 10. Microestructuras de la secci=
ón
transversal de las aleaciones 6061 y 6063 con aumento de 500x, atacadas con=
HF
2% y tomadas por medio de microscopio óptico.
<=
/a>
Estos
compuestos intermetálicos son los factores principales para modificar las
propiedades mecánicas de las aleaciones, pero sobre todo la forma widmansta=
tten
del Fe3SiAl12 presente en la aleación 6063 ya que gen=
era
mayor endurecimiento.
Es
aquí donde este compuesto intermetálico Fe3SiAl12 es =
el
principal causante de los grandes esfuerzos de tracción, grandes durezas y
menores esfuerzos de compresión de la aleación 6063 produciendo muy poca
deformación plástica.
En
la Tabla 11 se observa la microestructura de las aleaciones, 6061 y 6063
respectivamente, provenientes del proceso de extrusión detallado en las lín=
eas
y sistemas de producción de autopartes.
Tabla 11. =
Microestructuras de la sección
longitudinal de las aleaciones, 6061 y 6063 respectivamente, deformadas por=
el
proceso de extrusión con aumento del 200x, atacadas con HF 2% y tomadas por
medio de microscopio óptico.<=
span
lang=3DES style=3D'mso-bidi-font-size:12.0pt;line-height:115%;mso-bidi-font=
-family:
"Times New Roman";mso-fareast-language:ES-VE'>
El comportamiento de estos compuest=
os
intermetálicos es diferente después de aplicarse los esfuerzos. En la aleac=
ión
6061 ambos presentan una forma alargada producto de la deformación plástica=
lo
cual la hace más vulnerable a los esfuerzos reales dentro del campo de trab=
ajo
produciendo, posiblemente una vida útil más corta.
En
cambio, en la aleación 6063 los compuestos intermetálicos sufren fractura, =
en
especial el Fe3SiAl12, haciendo que se dispersen en t=
oda
la microestructura. Esto hace que la aleación sea un poco más resistente y
pueda soportar los esfuerzos reales dentro de los procesos de conformado de
metales.
Cabe
destacar que ambas matrices α de las aleaciones 6061 y 6063 presentan
alargamiento de grano producto de la deformación plástica del proceso.
C=
onclusiones.
=
·&nb=
sp;
Se realizó un anál=
isis
a los sistemas de producción de las empresas dedicadas al proceso de confor=
mado
por extrusión de autopartes en la cual arroja que son de transformación ya =
que
necesitan del suministro de materia prima por parte de contratistas. A trav=
és
de entrevistas a profesionales expertos en el área se determinó que hay
problemáticas con el desplazamiento de los subproductos entre las estacione=
s de
trabajo por lo cual incrementa el tiempo y aumentan los costos de producció=
n.
Es importante resaltar que la productividad está influenciada directamente =
por
las presiones ejercidas por el punzón sobre el tocho hacia la matriz, pero
sobre todo por la velocidad de extrusión que a su vez es función de la
composición de la aleación. Mientras menor de 0,7% en peso de Mg, mayor ser=
á la
velocidad de extrusión y mayor la productividad. Para ambas aleaciones se c=
umple
esta consideración.
=
·&nb=
sp;
Para solventar la
problemática del tiempo de producción se plantea la creación de una línea de
producción automatizada después del proceso de troquelado. Estas líneas de
producción involucran un gran capital de inversión ya que se deben contar c=
on
sistemas de control como PLC, sensores, actuadores, pantallas LCD, pulsador=
es,
cinta transportadora, brazos robóticos, entre otros. Este sistema mecatróni=
co
estará regido por el PLC el cual tendrá comunicación directa con el operado=
r y
a su vez recibirá señales de los sensores y dará órdenes a la cinta
transportadora o al brazo robótico según sea el caso. Es importante destacar
que cada cambio en el sistema de producción debe venir de la mano con los
planteamientos exigidos por las normas internacionales, por lo tanto, se
sugiere, en dichas organizaciones, implementar sistemas integrados de gesti=
ón
donde las normas ISO 9000, ISO 14000 y la OHSAS18000 sean actores principales para
obtener autopartes de calidad respetando el medio ambiente y con excelente
seguridad y protección laboral.
=
·&nb=
sp;
Los resultados del
ensayo de tracción, compresión y dureza determinaron que la aleación con me=
nos
deformación plástica es la 6063 debido a que hay que producir mayores
esfuerzos. Esto es consecuencia de la gran cantidad de elementos aleantes q=
ue
produce un material más resistente.
· =
Las microestructuras arrojaron=
la
presencia de compuestos intermetálicos dentro de la matriz α de las
aleaciones. Estos compuestos Mg2Si y Fe3SiAl12=
producen un aumento de la residencia de la aleación, pero la consecuencia m=
ás
importante es la forma de este precipitado dando como resultado que el Fe3SiAl
· =
Por lo tanto, se recomienda escoger la aleación 6063 como
posible material utilizado para el proceso de fabricación de autopartes ya =
que
se aplican menores esfuerzos de compresión, evitando que se pierda la
resistencia a la corrosión, sin importar la deformación plástica ya que el
diseño de las piezas es moderado. Además, se produce mayor resistencia después del p=
roceso
de conformado debido a las formas del Fe3SiAl12 despu=
és
de la deformación incrementando así la vida útil de la autoparte.
Referencias
bibliográficas.
Bardellini, J. (2005). Análisis del=
sector
automotor ecuatoriano. Apunte de Economía, 1-52.
Callister, W. (2014). Introducción =
a la
ciencia e ingeniería de los materiales. Barcelona, España: Editorial Revert=
é,
S.A.
Cuatrecasas, L. (2011). Gestión
económica de la producción. Madrid, España: Díaz de Santos.
Iplacex. (29 de Mayo de 2018).
Biblioteca Iplacex. Obtenido de
http://biblioteca.iplacex.cl/RCA/Tipos%20sistemas%20de%20producción.pdf
James, B. (29 de 05 de 2018).
Automotive manufacturing solutions. Obtenido de
http://www.automotivemanufacturingsolutions.com/es/proceso-materiales/el-al=
uminio-en-la-industria-del-automovil
Metal Handbook Volumen 2, A. (19=
89).
Properties and Selection: Nonferrous Alloys and Special-Purpose Materials. =
Estados Unidos: ASM HANDBOOK.
Metal Handbook Volumen 9, A. (1985).
Metallography and Microstructures. Estados Unidos: ASM Metal Hand Books.
Nañez, M. (1998). Comportamiento de=
una
aleación de aluminio tratada termicamente bajo carga de compresión. Nuevo L=
eón,
México: Universidad Autonoma de Nuevo León.
Navas, H., Vaca, W., Nuñez, D.,
Paredes, J., & Morales, F. (2017). Análisis cuantitativo de los element=
os
aleantes principales precipitados en billets de aluminio de aleación 6063 en
equipo de fundición de colada continua horizontal para el proceso de extrus=
ión.
Ingenius, 42-50.
Sipper, D., & Bulfin, R. (1998).
Planeación y Control de la Producción. Ciudad de México, México: McGraw-Hill
Interamericana Editores, S. A.
TALAT 1302, H. (1994). Aluminium
Extrusion: Alloys, Shapes and Properties. Birmingham,
Inglaterra: Aluminium Federation.
Para citar el artículo indexado.
=
Chica L., Rocha J.=
, Martínez
J. & Cabascango =
P. (2019) Análisis del
sistema de producción y caracterización microestructural para evaluar el
comportamiento mecánico de chasis de vehículo fabricado por extrusión. Revista electrónica Ciencia Digital 3(1), 461-480.
Recuperado desde: http://cienciadigital.org/revistacienciadigita=
l2/index.php/CienciaDigital/article/view/349/768
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El
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ial
y/o total en otro medio tiene que ser autorizado por el director de la Revista Ciencia Digital.
[1] Universidad Internacional SEK Quito, =
Ecuador,
lchica.mdm@uisek.edu.ec
[2] Universidad Internacional SEK Quito, =
Ecuador,
carlos.rocha@uisek.edu.ec
[3] Universidad Internacional SEK Quito, =
Ecuador,
javier.martinez@uisek.edu.ec
[4] Universidad Internacional SEK Quito, =
Ecuador,
ccabascango.mdm@uisek.edu.ec
www.cienciadigital.org
=
Vol.
3, N°1, p. 461-480