Cuando se habla de tratamiento térmico, se suele empezar por el calor que debe alcanzar un horno para transformar las piezas metálicas. Pero a menudo es el proceso de enfriamiento (o enfriamiento) el que determina en gran medida los resultados finales.
¿Qué es el enfriamiento?
El enfriamiento rápido es el proceso de enfriar las piezas metálicas después de alcanzar y mantener una temperatura específica durante el tratamiento térmico. El método y la velocidad de enfriamiento suelen determinar la categoría de un proceso de tratamiento térmico. Los procesos más comunes de tratamiento térmico son el recocido, la normalización, el temple, el revenido y el endurecimiento superficial. Cada proceso crea una calidad resultante que tendrá diferentes usos o formará parte de un proceso diferente de fabricación de un producto final de varios pasos.
Un tiempo de enfriamiento más lento, como en el recocido o la normalización, puede dar como resultado piezas de metal elásticas, flexibles o que pueden extruirse en forma de alambre. Por otro lado, un proceso de enfriamiento más rápido puede dar lugar a piezas endurecidas superficial o transversalmente, necesarias para fabricar cualquier cosa, desde pernos hasta brocas o árboles de levas. Templar una pieza endurecida recalentando el metal a temperaturas ligeramente más bajas con un tiempo de enfriamiento más lento puede ayudar a relajar parte de la tensión interna del metal al tiempo que añade resistencia, generando un material menos quebradizo y muy dúctil.
A menudo, una misma pieza puede someterse a varias operaciones de tratamiento térmico. Es útil pensar en un proceso de tratamiento térmico de varios pasos de esta manera: Imagine que toma un disco de metal maleable y le corta dientes para darle el perfil de un engranaje, luego lo endurece en un horno a alta temperatura, lo rectifica para conseguir las tolerancias requeridas y, por último, lo templa para añadirle ductilidad. La calidad del metal cambia a lo largo de cada proceso para facilitar el mecanizado, definir un borde con precisión milimétrica o garantizar la longevidad de la pieza terminada.
Cada proceso y su correspondiente producto final desempeñan un papel importante en la fabricación actual. Como resultado, Ipsen ha seguido encontrando formas de ofrecer más opciones y un mejor control del proceso de temple a sus clientes.
Es una historia genial
En 1978, cuando Craig Moller, Ingeniero Jefe de Ipsen USA, empezó a trabajar en Ipsen, los hornos de vacío tenían capacidad para manejar una solución de enfriamiento de gas a presión positiva de hasta diez psi utilizando motores de 40 caballos de potencia. Eso equivale aproximadamente a sumergirse hasta el fondo de una piscina de tres metros, o a la presión de aire dentro de un neumático de coche muy pinchado. "En aquella época era tecnología punta", recuerda Moller.
En la actualidad, Ipsen ha fabricado hornos con motores de refrigeración de 600 CV que proporcionan hasta 15 bares de presión de temple. Eso es aproximadamente diez veces la presión de las máquinas de hace 45 años.
La presión de los gases es importante por razones termodinámicas. Cuanto más denso es un material, ya sea sólido, líquido o gaseoso, más fácilmente se transfiere el calor de una sustancia a otra. Por eso una taza térmica aislada al vacío puede mantener las bebidas calientes calientes y las frías frías durante más tiempo que un vaso de plástico: el vacío minimiza la transferencia de calor.
Moller explicó por qué la presión de enfriamiento es un aspecto tan importante de la innovación a lo largo de los años: "Cuando se triplica la presión del gas, se duplica la velocidad de enfriamiento de un sistema de enfriamiento y de las piezas que se enfrían".
Y cuando se trata de endurecer metales específicos utilizados para fabricar matrices, es esencial contar con un sistema de temple rápido y limpio. Por ejemplo, "cuando los clientes buscan matrices de extrusión de aluminio para fabricar piezas utilizadas en un vehículo eléctrico, estos hornos de vacío de alta presión suministran matrices limpias endurecidas superficialmente para prolongar la vida útil de la matriz", explica Moller. Esas matrices limpias pueden garantizar un alto nivel de precisión en las piezas extruidas".
Jugar limpio
Durante un tiempo, la carrera por crear un proceso de enfriamiento rápido giraba en torno a la presión: más presión significaba que las piezas se enfriaban más rápido. Al principio, el 90% de la innovación en el tratamiento térmico se centraba en el proceso de calentamiento. Con el tiempo, la necesidad de reducir las piezas desechadas por grietas y distorsión térmica exigió mejores soluciones para el proceso de enfriamiento. "Ha sido un gran cambio", explica Jim Grann, Director Técnico de Ipsen. "Ahora mismo, el equilibrio está más cerca del 50/50 cuando se trata de desarrollar tecnología de calentamiento y temple".
Grann forma parte del proceso de innovación desde 1978, cuando entró a trabajar en Abar antes de su fusión con Ipsen. "Lo que está impulsando la innovación en el enfriamiento es la necesidad de crear el enfriamiento más rápido posible, al tiempo que se ofrece la posibilidad de controlar el proceso. Las velocidades de enfriamiento incontroladas pueden añadir tensiones inherentes a las piezas. Enfriar más rápido sin distorsión es la clave".
Los controles PLC actuales pueden reaccionar en tiempo real para realizar modificaciones en una receta a mitad del proceso si los termopares detectan una reacción anómala durante el temple. "Por ejemplo, una receta puede indicar que la temperatura del núcleo y la temperatura de la superficie de una pieza no pueden tener más que un diferencial de temperatura muy específico. El PLC puede controlar las temperaturas y ralentizar el enfriamiento rápido reduciendo la presión, la circulación de gas o incluso recalentando el horno. Las piezas se calientan primero por fuera, pero también se enfrían primero por fuera, por lo que el horno puede reaccionar en consecuencia", explica Grann.
Las diferentes líneas de hornos de vacío de Ipsen, combinadas con modernos sistemas PLC, proporcionan a los usuarios finales un mayor control sobre su proceso que nunca. Las líneas TITAN, MetalMaster y TurboTreater tienen una amplia gama de capacidades de temple utilizando un diseño de flujo de 360 grados que puede servir para docenas de procesos de tratamiento térmico diferentes. Las líneas especiales como la Turbo²Treater y la VUTK pueden diseñarse para resolver recetas específicas que se repiten con frecuencia y que requieren un control significativo del flujo de gas de temple, proporcionando refrigeración por gas direccional desde casi cualquier ángulo dentro de la cámara.
"A veces, un flujo de gas en una sola dirección tiene sentido. Piense en el enfriamiento de una tubería larga. Si el gas fluye simultáneamente por ambos extremos, se juntan en el centro y crean una zona muerta estática. Alternar el flujo de gas desde un extremo, seguido del otro, minimiza las diferencias de temperatura", explica Grann.
Las opciones de gas de temple direccional, los controles de presión variable y la supervisión activa de la temperatura pueden permitir a los operarios garantizar que las piezas con geometrías simples o complejas tengan el mismo porcentaje de éxito. "Si nos dice qué quiere hacer, qué material utiliza, cuántas piezas quiere procesar en un día, una semana o un mes, díganos qué quiere conseguir y encontraremos una solución".
Con una amplia gama de diseños de hornos y opciones de control PLC, Grann está seguro de que Ipsen puede diseñar un horno para casi cualquier proceso. "Todavía hay algunas velocidades de enfriamiento que no podemos alcanzar por la misma razón por la que mi Toyota 4Runner no puede ir a 240 mph... no podemos vencer a la física", reflexiona Grann.
Las innovaciones, como las que han visto Moller y Grann a lo largo de sus carreras, surgieron en gran medida al trabajar para satisfacer las demandas únicas de los clientes en un mercado en constante cambio.
Si tiene un problema específico de enfriamiento rápido que necesita una solución personalizada, póngase en contacto con nosotros en sales@ipsenusa.com o llamando al 800-727-7625.